Firmansyah, dkk./ ROTASI, Vol. 23  No. 3 (Juli  2021) Hal. 9-15
Analisis Kekuatan Tarik Sambungan Aluminium (Al) dan Tembaga (Cu) pada Pengelasan Gesek ( Friction Welding ) Dengan Variasi Waktu Gesek dan Tempa
Yosi Firmansyah 1,* , Sunyoto 2
Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang Gedung E9 Lt. 2, Kampus Sekaran Gunungpati Semarang. 50229
*E-mail: yosifirmansyahckk@gmail.com

## Abstract
Friction  welding  is  a  welding  method  which  done  by  rubbing  the  two  materials  until  they  reach  a certain temperature and the two ends of the metal can melt and then they are pressed with a certain strength  and  time  so  that  they  can be  connected.  The  aim of  this  research  was  to  analyze  the  tensile strength of aluminum and copper joints in  friction welding with the variations in friction and forging time. This research used an experimental method with a factorial design. descriptive analyzing method was  applied  to  analyzed  data  in  this  research.  The  independent  variable  used  is  the  variation  of friction  and  forging  time,  while  the  dependent  variable  is  the  tensile  strength  of  the  joint.  The variations of the friction time used were 8, 10 and 12 seconds, while the friction time was 8 seconds and  16  seconds.  The  test  results  of  the  tensile  strength  of  aluminum  and  copper  joints  in  friction welding  gained  the  average  of  the  highest  tensile  strength  with  the  variations  of  friction  time  in  12- second  was  49.94  mpa,  followed  by  10-second  was  44.67  MPa,  and  8-second  was  31.45  MPa.  The results of the tensile strength with the variations of forging time in 8-second was 47.37 MPa, and 10- second was 36.72 MPa.
Keywords: friction welding, aluminum, copper, tensile strength

## Abstrak
Pengelasan gesek merupakan salah satu metode pengelasan dengan cara menggesekan kedua material sampai  mencapai  temperatur  tertentu  sampai  kedua  ujung  logam  tersebut  dapat  meleleh  kemudian ditekan dengan kekuatan dan waktu tertentu sehingga kedua logam tersebut dapat tersambung. Tujuan dari  penelitian  ini  adalah  menganalisis  kekuatan  tarik  sambungan  aluminium  dan  tembaga  pada pengelasan  gesek  dengan  variasi  waktu  gesek  dan  tempa.  Metode  penelitian  yang  digunakan  dalam penelitian ini adalah metode eksperimen dengan desain faktorial. Analisis data yang digunakan dalam penelitian ini adalah analisis deskriptif. Variabel bebas yang digunakan adalah variasi waktu gesek dan waktu  tempa  sedangkan  variabel  terikatnya  merupakan  kekuatan  tarik  sambungan  tersebut.  Variasi waktu  gesek  yang  digunakan  yaitu  8,  10  dan  12  detik  sedangkan  waktu  gesek  8  detik  dan  16  detik. Hasil  uji  kekuatan  tarik  sambungan  aluminium  dan  tembaga  dengan  pengelasan  gesek  memperoleh rata-rata kekuatan tarik tertinggi pada variasi  waktu gesek  12 detik sebesar 49,94 MPa, diikuti  waktu gesek  10  detik  dengan  nilai  sebesar  44,67  MPa,  dan  waktu  gesek  8  detik  dengan  nilai  31,45  MPa. Selanjutnya  untuk  kekuatan tarik variasi  waktu tempa 8 detik sebesar 44,67 MPa, dan waktu  gesek 8 detik dengan nilai 31,45 MPa.
Kata kunci: Pengelasan gesek, aluminium, tembaga, kekuatan tarik

## 1. Pendahuluan
Pengelasan merupakan salah satu tahap  yang  penting  dalam  dunia industri manufaktur. Jenis pengelasan yang umum digunakan dalam masyarakat adalah pengelasan busur listrik atau pengelasan SMAW dan pengelasan gas. Akan tetapi terdapat beberapa masalah yang terdapat dalam proses pengelasan busur listrik dan gas tersebut. Pengelasan busur listrik  sulit  untuk  diaplikasikan  dalam  material  atau  bahan  non  ferrous.  [3]  Walaupun  pengelasan  busur  listrik  mudah untuk  diaplikasikan  akan  tetapi  pengelasan  busur  listrik  tidak  dapat    diaplikasikan  dalam    logam    non  ferrous.  Oleh karena  itu  untuk  menyambunggkan  dua  buah  material  yang  beda  jenis  (disimilar)  juga  akan  sulit. Selain  sulit diaplikasikan  untuk  menyambung  material  non  ferrous  dan  menyambung    material    yang    berbeda. Pengelasan  busur listrik juga sulit diaplikasikan untuk menyambungkan dua buah logam pejal dengan sempurna. Pengelasan busur listrik baru mampu menyambungkan dua buah plat logam atau mengelas bagian permukaan saja sedangkan pada sambungan dua  buah  logam  pejal  belum  mampu  menyambungkan  secara  sempurna.  Pengelasan    dengan    elektroda  terbungkus cocok  digunakan  untuk  pengelasan  permukan  plat-plat  datar  akan  tetapi  untuk  menyambung  benda  pejal  akan  sangat sulit untuk dilakuakan jika tetap dipaksakan maka hasilnaya akan kurang baik [1].
Pengelasan  gesek  ( friction  welding )  merupakan  salah  satu  cara  untuk  memecahkan  beberapa  masalah  diatas. Friction  welding adalah  penyambungan  logam  yang  terjadi  karena  adanya  panas  yang  ditimbulkan  oleh  tekanan  atau
Firmansyah, dkk./ ROTASI, Vol. 23  No. 3 (Juli  2021) Hal. 9-15
gaya  gesek  akibat  perputaran  logam  satu  terhadap  logam  lain  yang  sesumbu  [1].  Terdapat  beberapa  jenis friction welding yaitu rotary friction  welding , friction  stir  welding ,  dan linear friction  welding . Peneliti  memilih  material aluminium dan tembaga sebagai bahan atau objek penelitian ini karena bahan atau material tersebut merupakan material yang  tidak  asing  dalam  masyarakat  dan  mudah  dijumpai  dalam  kehidupan  sehari-hari.  Kedua  bahan  tersebut  sering digunakan sebagai kabel listrik dan juga peralatan elektronik lainya. Salah satu contoh penggunaan sambungan antara aluminium  dan  tembaga  adalah  pada  konektor  elektruikal  atau  sambungan  kabel  skun  bimetal.  Konektor  elektrikal merupakan  suatu  komponen  elektro-mekanikal  yang  berfungsi  untuk  menghubungkan  suatu  rangkaian  elektronik  ke rangkaian  elektronik  lainya  ataupun  untuk  menghubungkan  suatu  perangkat  dengan  perangkat  lainya.  Konektor elektrikal  ini  biasanya  digunakan  pada  trafo  PLN  yang  bertegangan  tinggi.  Model  penyambungan  konetor  elektrikal biasanya mengunakan ulir atau skrup. Akan tetapi pada penyambungan model ini terdapat beberapa masalah. Konektor elektrikan  yang  digunakan  pada  trafo  tegangan  tinggi  menimbulkan  temperatur  yang  tinggi  pada  konektor  elektrikal. Temperatur  tinggi  tersebut  menyebabkan  pemuaian  pada  salah  sambungan  tersebut  sehingga  mengakibatkan terbentuknya rongga di sambungan apabila temperaturnya kembali menurun dan sambungan menyusut. Rongga tersebut dapat  menambah  pembebanan  pada  arus  listrik  dan  lebih  parahnya  dapat  membuat  korsleting  atau  hubungan  arus pendek  listrik  yang  dapat  menyebabkan  kebakaran.  Selain  hal  tersebut  konektor  elektrikal  menggunakan  ulir  atau sekrup juga memberi peluang lebih besar terhadap pencurian listrik karena sambungan tersebut mudah untuk dibongkar pasang  oleh  orang  awam.  Konektor  elektrikal  juga  dapat  disambung  secara  permanen  dengan  sistem  penyambungan solder  atau  pematrian.  Sistem  penyambungan  ini  sebenarnya  sudah  cukup  untuk  menghindari  masalah  diatas  dan sambungannya  yang  cukup  kuat  juga.  Akan  tetapi  pada  proses  pematrian  harus  menggunakan  bahan  tambah  untuk menyambungkan  kedua  buah  logam.  Akan  tetapi  terdapat  masalah  lain  dengan  proses  penyambungan  ini.  Bahan tambah yang digunakan untuk proses penyambungan dapat menghambat aliran listrik oleh trafo.
Proses  penyambungan  knektor  elektrikal  mnggunakan  pengelasan  gesek  merupakan  salah  satu  cara  untuk mengatasi  masalah  masalah diatas. Konektor elektrikal dengan sambungan permanen  menggunakan pengelasan  gesek bertujuan untuk untuk meminimalisir gangguan dan loss serta tegangan drop dan juga untuk mengantisipasi pencurian daya  listrik  dan  memudahkan  pemerataan  beban.  Peneliti  memilih rotary friction  welding untuk  menyambungkan aluminium  dan  tembaga  karena  cara  kerjanya  yang  sederhana  dan  tidak  memerlukan  bahan  tambah  untuk  proses penyambungannya sehingga terjadi sambungan senyawa yang sempurna (bersenyawa).

## 2. Material dan Metode Penelitian

## 2.1 Alat dan Bahan Penelitian
Adapun  alat  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  :  (1)  Mesin  gergaji  untuk  memotong  spesimen  las  gesek;  (2) Mesin  bubut  untuk  membuat  bakal  spesimen  las  gesek;  (3)  Mesin  las  gesek  untuk  mengelas  gesek  rotasi  Aluminium dan  tembaga;  (4)  Termometer  inframerah  untuk  mengukur  temperatur  dalam  proses  pengelasan  gesek;  (5)  Jangka sorong; (6)  Mesin uji tarik untuk pengujian tarik  hasil sambungan  las  gesek rotasi. Sedangkan bahan  yang digunakan adalah Alumunium 6061 dan tembaga murni. Dimensi dari kedua bahan tersebut seperti terlihat pada Gambar 1.
(a)
(b)
Gambar 1. Dimensi specimen (a)Alumunium 6061; (b)Tembaga

## 2.2 Parameter
Parameter  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  terdiri  dari  variabel  bebas,  variabel  terikat,  dan  variabel  kontrol. Dimana  variabel  bebas  meliputi waktu  gesek  (8,  10  dan  12  detik),  variable  terikat  berupa  kekuatan  tarik  sambungan aluminium dan tembaga, serta variable control berupa tekanan gesek dan tekanan tempat yang masing-masing sebesar 5MPa dan 15 MPa, juga kecepatan rotasi sebesar 1400 rpm.

## 2.3 Metode
Metode    penelitian    merupakan    cara  utama  yang  digunakan  peneliti  untuk  mencapai  tujuan  dan  membentuk jawaban  atas  masalah  yang  diajukan.  Penelitian  ini  menggunakan  metode  eksperimental  dengan    desain      factorial. Penelitian ini memvariasikan waktu gesek dan waktu tempa untuk menguji kekuata tarik hasil sambungan    aluminium dan tembaga menggunagakan pengelasan gesek. berikut merupakan diagram alir penelitian :

## 3. Hasil dan Pembahasan

## 3.1 Hasil Pengelasan Gesek Aluminium dan Tembaga
Penelitian ini berhasil menyambungkan dua material yang berbeda yaitu aluminium (Al) dan tembaga (Cu) dengan menggunakan  metode  pengelasan  gesek.  Pada  pengelasan  ini  penyambungan  dua  material  memanfaatkan  panas  yang ditimbulkan oleh gesekan dari aluminium yang dipasang pada spindell mesin gesek. Setelah aluminium berputar dengan kecepatan  tertentu  kemudian  ditekan  dengan  tembaga  sehingga  menimbulkan  gesekan  dan  kenaikan  temperatur  pada kedua ujung logam tersebut. Setelah temperaturnya naik dan aluminium menjadi lebih lunak kemudian tembaga ditekan menggunakan  hidrolik  dengan  posisi  aluminium  yang  masih  berputar  sehingga  tembaga  dapat  masuk  kedalam aluminium. Setelah tembaga masuk kedalam aluminium dengan variasi waktu yang diinginkan kemudian putaran pada aluminium  dihentikan  lalu  tekanan  pada  tembaga  ditambah  dengan  variasi  waktu  tertentu    yang  bertujuan  untuk menambah kekuatan tarik pada sambungan kedua material tersebut.
Gambar 3. Hasil peneglasan gesek
Gambar 4. Spesimen setelah mengalami uji tarik
Tabel 1. Hasil kekuatan tarik
Waktu Gesek Waktu Tempa Rata-Rata 8 Detik 16 Detik 8 Detik 37,89 25,88 31,45 42,03 23,22 38,16 21,57 10 Detik 45,67 37,25 44,67 48,88 41,53 52,73 42,37 12 Detik 54,62 45,53 49,94 55,12 44,46 51,23 48,69 Rata-Rata 47,37 36,72

## 3.2 Analisis Data Hasil Pengujian Tarik
Data  hasil  pengujian  tarik  yang  telah  didapat  kemudian  disajikan  dalam  diagram  agar  lebih  mudah  untuk dianalisis.  Sebelum  dijadikan  diagram  data  hasil  pengujian  tarik  dibuat  rata  rata  pada  setiap  variabelnya  agar  lebih mudah  untuk  dijadikan  diagram  dan  kemudian  dianalisis.  Berikut  merupakan  diagram  batang  hasil  kekuatan  tarik dengan variasi waktu gesek.
31,45 44,67 49,94 0 10 20 30 40 50 60 8 detik 10 detik 12 detik Hasil Kekuatan tarik dengan variasi waktu gesek (MPa)
8 detik 10 detik 12 detik
Gambar 5. Hasil kekuatan tarik dengan variasi waktu gesek
Grafik  diatas  merupakan  grafik  hasil  pengujian  tarik  dari  sambungan  aluminium  dan  tembaga  dengan  variasi waktu gesek. Berdasarkan grafik tersebut dapat dilihat bahwa setiap variasi waktu gesek memiliki kekuatan tarik yang berbeda-  beda.  Nilai  kekuatan  rata-rata  tarik  dari  variasi  waktu  gesek  8  detik  adalah  31,45  MPa.  Nilai  kekuatan  tarik pada variasi waktugesek 8 detik merupakan nilai terkecil dari variasi yang lain. Sedangkan pada variasi waktu gesek 10 detik  mengalami  peningkatan  hasil  rata-rata  kekuatan  tarik  menjadi  44,67  MPa.  Untuk  variasi  waktu  gesek  12  detik merupakan hasil kekuatan tarik rata-rata tertinggi dengan kekuatan tarik rata-rata sebesar 49,94 MPa. Selanjutnya untuk grafik hasil kekuatan tarik rata-rata pada variasi waktu tempa sebagai berikut.

## Gambar 6. Hasil kekuatan tarik dengan variasi waktu tempa
Dari  grafik  diatas  dapat  dilihat  bahwa  hasil  rata-rata  kekuatan  tarik  kekuatan  tarik  waktu  tempa  8  detik  adalah sebesar 47, 37 MPa dan kemudian menurun pada variasi waktu tempa 16 detik dengan kekuatan tarik rata-rata sebesar 36,72  MPa.  Dari  kedua  diagram  diatas  kemudian  dijadikan  sebuah  grafik  untuk  lebih  mudah  melihat  perubahan  hasil pada setiap variabelnya. Berikut merupakan grafik hasil kekuatan tarik sambungan aluminium dan tembaga.
Firmansyah, dkk./ ROTASI, Vol. 23  No. 3 (Juli  2021) Hal. 9-15
Gambar 3.5 Hasil kekuatan tarik waltu gesek dan tempa
Berdasarkan  grafik  diatas  dapat  dilihat  bahwa  rata-rata  kekuatan  tarik  sambungan  meningkat  seiring  dengan penambahan  waktu  gesek.  Grafik  diatas  juga  menunjukan  bahwa  hasil  kekuatan  tarik  rata-rata  waktu  tempa  8  detik lebih dari kekuatan tarik rata-rata waktu tempa 16 detik jika dibandingkan dengan waktu gesek yang sama.

## 3.3 Pembahasan
Berdasarkan  analisis  data  yang  terdapat  pada  sub  bab  sebelumnya  maka  didapat  nilai  kekuatan  tarik  pada sambungan  aluminium  dan  tembaga  dengan  pengelasan  gesek.  Hasil  dari  analisis  data  menunjukan  bahwa  terdapat kenaikan rata-rata kekuatan tarik sambungan seiring dengan penambahan waktu gesek. Kenaikan kekuatan tarik seiring dengan  penambahan  waktu  gesek  disebabkan  karena  penambahan  waktu  gesek  dapat  mempengaruhi  kenaikan temperatur  pengelasan.  Semakin  lama  waktu  gesek  maka  semakin  tinggi  temperatur  yang  dihasilkan.  Hasil  dari pengukuran temperatur pada pengelasan gesek adalah 181˚C - 202˚C untuk waktu gesek 8 detik, 245˚C  - 263˚C untuk waktu  gesek  10  detik  dan  298˚C  -  323˚C  untuk  waktu  gesek  12  detik.  Hasil  pengukuran  tempereatur  meningkat sebanding dengan peningkatan waktu gesek.
Temperatur  yang  disarankan  untuk  melakukan  pengelasan  gesek  aluminium  dengan  tembaga  adalah  berkisar antara 648 K sampai 723 K atau sekitar 374˚C sampai 449˚C. Waktu gesek 8 detik memiliki temperatur yang rendah dan  jauh  dari  optimal  oleh  karena  itu  variasi  waktu  gesek  8  detik  memiliki  hasil  rata-rata  kekuatan  tarik  yang  sangat rendah.  Hal  tersebut  dikarenakan  waktu  gesek  yang  terlalu  singkat  sehingga  kenaikan  temperatur  masih  jauh  dari optimal  kemudian  dilakukan  proses  penekanan  yang  berlebih.  Pada  parameter  waktu  gesek  10  detik  temperaturnya meningkat  dengan  diiringi  hasil  rata-rata  kekuatan  tarik  yang  semakin  meningkat  pula.  Selanjutnya  pada  parameter waktu  gesek  12  detik  temperaturnya  sudah  mendekati  temperatur  yang  disarankan  sehingga  pada  parameter  ini memiliki hasil rata-rata kekuatan tarik terbesar [6].
Kenaikan  hasil  rata-rata  kekuatan  tarik  seiring  dengan  penambahan  waktu  gesek  juga  selaras  dengan  penelitian sebelumnya  yang  menyatakan  bahwa  semakin  lama  waktu  gesek,  maka  kekuatan  tarik  sambungan  pada  pengelasang gesek  rotasi,  akan  menguat  sampai  mencapai  kekuatan  tarik  terbesar,  dan  kemudian  kekuatan  tariknya  akan  kembali melemah, yang dikarenakan penyerapan panas berlebih pada waktu gesek lama membuat daerah HAZ semakin meluas. Berdasarkan pernyataan tersebut hasil rata-rata kekuatan tarik terbesar dalam penelitian terdapat di variasi waktu gesek 12 detik yang  masih  memungkinkan kekuatan tariknya bisa  meningkat lagi apabila  waktu geseknya lebih lama.  Akan tetapi  apabila  variasi  waktu  gesek  ditambah  lebih  lama  lagi  dapat  menyebabkan  melebarnya  daerah  HAZ  dan mengorbankan ukuran spesimen menjadi lebih pendek lagi [4].
Hasil  analisis  kekuatan  tarik  pada  variasi  waktu  tempa  berbeda  dengan  waktu  gesek.  Waktu  tempa  yang  lebih singkat justru memilik rata-ratai kekuatan tarik yang lebih tinggi dibandingkan rata-rata kekuatan tarik dengan variasi waktu tempa  yang lebih lama. Hal tersebut bertolak belakang dengan penelitian  sebelumnya  yang  menyatakan bahwa kekuatan tarik mengalami peningkatan seiring dengan bertambahnya waktu tempa yang diberikan. Penurunan kekuatan tarik pada penambahan waktu tempa yang lebih lama ini terjadi karena pada saat proses gesekan berhenti lalu kemudian ditekan,  temperatur  pada  sambungan  tersebut  akan  menurun  seiring  dengan  lamanya  waktu  penempaan.  Setelah temperatur  menurun hingga  kurang dari temperatur ideal dan sambungan tersebut  masih dalam penekanan  maka akan terjadi penekanan berlebih pada sambungan dan dapat mengakibatkan penurunan pada kekuatan Tarik [5]. Hal tersebut sesui  dengan  penelitian  lain  yang  menyatakan  bahwa  semakin  lama  tekanan  yang  diberikan  akan  menyebabkan peningkatan kekerasan pada sambungan sehingga akan melemahkan sambungan pada pengelasan gesek [4].

## 4. Kesimpulan dan saran
Hasil  uji  kekuatan  tarik  sambungan  aluminium  dan  tembaga  dengan  pengelasan  gesek  memperoleh  rata-rata kekuatan tarik tertinggi pada variasi waktu gesek 12 detik sebesar 49,94 MPa, diikuti waktu gesek 10 detik dengan nilai sebesar 44,67 MPa, dan waktu gesek 8 detik dengan nilai  31,45 MPa. Selanjutnya untuk kekuatan tarik variasi  waktu tempa 8 detik sebesar 44,67 MPa, dan waktu gesek 8 detik dengan nilai 31,45 MPa.

## Daftar Pustaka
[1] Firmansyah,  M.R.G.,  Solichin,  dan  Puspitasari.,  R.P.,  2018,  “ Analisis  Kecepatan  Putar,  Durasi  Gesek  dan Tekanan    Terhadap  Kekuatan  Tarik  Hasil  Pengelasan  Gesek  (Friction  Welding) ,”  Jurnal  Teknik  Mesin  Dan Pembelajaran 1(2): 1−5.
[2] Darmulia., 2016, “ Pengaruh variasi putaran motor terhadap Kekuatan Sambungan Las Friction Welding pada Baja st 60 ,” Jurnal Iltek 11(21): 1567−1572.
[3] Achmadi., 2019, “ Pengertian Las Listrik SMAW Shield Metal Arc Welding Adalah, ” https://www.pengelasan.net/pengertian-las-listrik-smaw-adalah/, 26 Desember 2019 (14.39).
[4] Pah,  J.C.A.,  Irwan,  Y.S.,  dan  Suprapto.,  W.,  2018,  “ Pengaruh  Waktu  dan  Tekanan  Gesek  Terhadap  Kekuatan Tarik  Sambungan  Paduan  Aluminium  dan  Baja  Karbon  pada  Pengelasan  Gesek  Continous  Drive ,”  Jurnal rekayasa Mesin 9(1): 51−59.
[5] Anam, K.,A. Syuhri, dan Sutjahjono., H., 2018, “ Pengaruh  Waktu Tempa dan Tempa Terhadap Sifat Mekanik aisi 1045 pada Proses Friction Welding ,” Jurnal STATOR, 1(1): 95−99.
[6] Wei, Y., Li., J., Xiong, J., dan Zhang., F., 2016, “ Investigation of interdiffusion and intermetallic compounds in Al–Cu joint produced by continuous drive friction welding ,” Elsevier 19(1): 90−95.