## PENGARUH DOUBLE CHAMFER TERHADAP KEKUATAN TARIK DAN STRUKTUR MIKRO PADA SAMBUNGAN LAS GESEK AISI 304
Bagus Samodra Penggalih Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang
Email: bagussamodra8@gmail.com

## Abstract
Friction welding is a metal joining process without melting (solid state process), in which the welding process occurs as a result of combining the rotation rate of one of the workpieces with the compressive force exerted by the rotating workpiece. The friction caused by the meeting of the two workpieces will produce heat which can melt the two ends of the workpiece which are rubbing together so that they are able to melt and finally the joining process occurs. In this study, Continuous Drive Friction Welding (CDFW) was carried out on AISI 304 metal materials. This study aims to determine the effect of double chamfers on the tensile strength and microstructure of AISI 304 friction welding  joints.  The  chamfer  angle  variations  used  are  15°,  30°,  and  45°.  The  results  of  the  tensile  test  show  that chamfering can affect the results of the tensile strength. The highest tensile strength value was obtained at a chamfer angle of 30°, namely 454.9Mpa. Meanwhile, the lowest tensile strength value was obtained at the 45° chamfer angle variation, which was 193.5 MPa. The results of the microstructure test show that the chamfer angle has an effect on changes in the microstructure. At all variations of the chamfer angle, the microstructure of the weld area has pearlite and ferlite fine grained phases, the HAZ region has pearlite and ferlite phases larger and finer grained. Also found in all variations there is porosity. The greatest porosity is found at a chamfer angle of 45°.
Keywords : friction welding; tensile strength; microstructure; chamfer angle; AISI 304

## Abstrak
Pengelasan gesek merupakan proses penyambungan logam tanpa pencair ( solid state process ), yang mana proses pengelasan terjadi sebagai akibat penggabungan antara laju putaran salah satu benda kerja dengan gaya tekan yang dilakukan oleh benda kerja yang berputar. Gesekan yang diakibatkan oleh pertemuan kedua benda kerja tersebut akan menghasilkan panas yang dapat melumerkan kedua ujung benda kerja yang bergesekan sehingga mampu melumerkan dan akhirnya terjadi proses penyambungan. Pada penelitian ini dilakukan Countinous Drive Friction Welding (CDFW) terhadap  material  logam  AISI  304.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  pengaruh double  chamfer terhadap kekuatan tarik dan struktur mikro pada sambungan las gesek AISI 304. Variasi  sudut chamfer yang digunakan adalah 15°, 30°, dan 45°. Hasil pengujian tarik menunjukkan bahwa pemberian sudut chamfer dapat mempengaruhi hasil kekuatan  tarik.  Nilai  kekuatan  tarik  tertinggi  didapat  pada  variasi  sudut  chamfer  30°  yaitu  sebesar  454,9Mpa. Sedangkan  nilai  kekuatan  tarik  terendah  didapat  pada  variasi  sudut  chamfer  45°  yaitu  sebesar  193.5  Mpa.  Hasil pengujian struktur mikro menunjukkan bahwa sudut chamfer berpengaruh pada perubahan struktur mikro. Pada semua variasi sudut chamfer, struktur mikro daerah las memiliki fasa perlit dan ferlit berbutir kecil, daerah HAZ berfasa perlit dan ferlit berbutir lebih besar dan halus. Didapat juga pada semua variasi terdapat porositas. Porositas terbesar terdapat pada sudut chamfer 45°.
Kata kunci : friction welding; kekuatan tarik; struktur mikro; sudut chamfer; AISI 304

## 1. PENDAHULUAN
Teknik penyambungan/pengelasan baja tahan karat austenitik, dengan memperhatikan sifat mekanis dan ketahanan korosinya, harus mempertimbangkan aspek metalurgi, geometri dan pengerjaan akhir dari permukaannya. Pada proses pengelasan  konvensional,  seperti:  las  TIG,  laser  atau  pengelasan  electron  beam,  menimbulkan  peluang  terbentuknya propagasi fasa yang tidak diinginkan dan beberapa perubahan metalurgi yang merugikan di daerah pengelasan, seperti: fasa ferit- d , korosi batas butir, korosi regangan dan fasa- s . Permasalahan pada proses pengelasan gesek konvensional tersebut  dapat  dieliminasi  dengan  pengunaan  solid  state  welding  process,  dimana  pengelasan  gesek  merupakan  salah satunya, karena proses pengelasan ini singkat dan memiliki kecepatan pendinginan tinggi [1].
Pada proses pengelasan gesek, panas diperoleh dengan mengkonversikan energi mekanis menjadi energi termal pada antar  muka  komponen  yang  bergesekan,  kemudian  tekanan  tempa  diberikan  untuk  menyambung  komponen  tersebut. Teknik pengelasan ini dapat digunakan untuk menyambung logam yang sangat berbeda sifat thermal dan mekanisnya, juga sering diaplikasikan pada sambungan antar logam yang tidak dapat dilakukan oleh teknik pengelasan logam lainnya yang  menghasilkan  fase  getas.  Keunggulan  lain  teknik  pengelasan  ini  adalah  menghemat  bahan  karena  tidak membutuhkan logam pengisi, fluks dan gas pelindung, waktu pengelasan pendek dan temperatur operasi di bawah titik lebur logam [2].
Pengelasan gesek mempunyai parameter yang dapat menentukan kualitas hasil lasan. Diantara parameter-parameter tersebut  adalah  bentuk  permukaan  dan  tekanan  gesek.  Sudut chamfer merupakan  sudut  yang  digunakan  untuk menghilangkan  sudut  siku-siku  pada  benda  kerja.  Salah  satu  inovasi  yang  mulai  dikembangkan  pada  proses friction welding saat ini adalah pemberian sudut chamfer pada permukaan benda kerja untuk meningkatkan temperatur pada saat melakukan pengelasan, temperatur yang semakin tinggi akan meningkatkan sifat mekanik hasil friction welding [3] . Hakim, (2017) meneliti efek tekanan gesek pada penyambungan bahan SS 304 dengan metode friction welding . Kekuatan tarik variasi tekanan gesek 120 MPa memiliki kekuatan tertinggi sebesar 685 MPa, dan kekuatan tarik terendah pada variasi tekanan gesek 20 MPa sebesar 402 MPa [4].
Kasijanto dkk., (2018) mempelajari efek sudut chamfer Male-Female dan waktu gesek pada penyambungan bahan aluminium  6061  dengan  metode  pengelasan  gesek.  Variasi  sudut cahmfer 30°  dengan  lama  waktu  gesek  2  menit menghasilkan kekuatan tarik terbesar yakni senilai 33,92 kg/m². Semakin lama waktu gesek dan semakin kecil sudut dapat mempengaruhi nilai kekuatan tarik [2].
Faruq (2020), mempelajari pengaruh sudut chamfer Male-Female pada proses friction welding baja karbon S45C. Kekuatan tarik terbesar didapat dari variasi sudut chamfer 30º dengan tekanan gesek 2,75 MPa yakni sebesar 690,56 MPa [3].
Berdasarkan uraian tersebut, penulis tertarik untuk melakukan penelitian tentang pengelasan gesek (friction welding) pada  AISI  304,  konsep  pemikiran  penelitian  pengelasan  gesek  ini  adalah  penggabungan  dua  logam  melalui  gesekan mekanis. Proses pengelasan terjadi pada saat benda kerja yang tidak berputar dikontakkan dengan benda kerja berputar di  bawah  tekanan  konstan,  sampai  kedua  permukaan  mencapai  suhu  pengelasan  dan  kemudian  putaran  dihentikan. Penelitian  ini  akan  mengamati  pengaruh  sudut chamfer pada  pengelasan  gesek  pada  AISI  304  terhadap  kualitas sambungan las, yang meliputi kekuatan tarik, dan struktur mikro.

## 2. MATERIAL DAN METODE PENELITIAN
Metode  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  metode  experimental.  Experimental  adalah  suatu  observasi dibawah kondisi buatan, dimana kondisi tersebut sengaja dibuat dan diatur oleh peneliti. Dengan demikian penelitian experimental ialah penelitian yang dilakukan dengan memanipulasi terhadap objek penelitian serta adanya control.

## 2.1 Tempat Dan Waktu
Penelitian dilakukan pada tanggal 1 Oktober 2022 – 25 Januari 2023. Penelitian ini meliputi dua kegiatan utama yaitu pengelasan dan pengujian. Untuk pengelasan dilakukan di Laboratorium Proses Produksi, Jurusan Teknik Mesin Universitas  Brawijaya  Malang.  Untuk  pengujian  sifat  mekanik  dan  pengamatan  mikro  dilakukan  di  Laboratorium Pengujian Bahan, Jurusan Teknik Mesin Politeknik Bandung.

## 2.2 Variabel Penelitian
Dalam penelitian ini terdapat tiga variable yaitu variable bebas, variable terikat, dan varibel terkontrol.
a. Variabel Bebas
Variabel bebas adalah variable yang dapat dirubah-rubah sehingga variable ini dapat mempengaruhi hasilnya. Nilai dari variabel ini ditentukan oleh peneliti agar memperoleh hubungan antara variable bebas dan variable terikatnya. Variabel bebas dalam penelitian ini adalah sudut chamfer dengan variasi sudut 15°, 30°, 45°.
b. Variabel Terikat
Variable terikat adalah variabel yang besarnya dipengaruhi oleh besarnya variabel bebas. Adapun variabel terikat dari penelitian ini adalah kekuatan tarik dan struktur mikro.
c. Variabel Terkontrol
Variabel terkontrol adalah variabel yang besarnya harus dijaga konstan supaya tidak mempengaruhi hasil dari varibel terikat. Variabel terkontrol pada penelitian ini yakni:
Ø Tekanan Gesek 2.5 MPa
Ø Tekanan Tempa 4 Mpa
Ø Kecepatan Putar 1600 RPM
Ø Waktu Pengelasan 45 s

## 2.3 Alat Yang Digunakan
Adapun peralatan yang digunakan dalam pengujian ini sebagai berikut: a. Stopwatch
b. Jangka sorong
c. Power hacksaw
d. Mesin bubut
e. Mesin wirecut
f. Kamera digital
g. Mesin uji tarik
h. Mikroskop

## 2.4 Bahan Yang Digunakan
2.4.1 Bahan
Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah AISI 304 dengan komposisi unsur paduan sebagai berikut:
Tabel 1 . Kandungan unsur AISI 304 [5]

## 2.4.2 Diameter Benda Kerja
Diameter benda kerja yang digunakan pada penelitian ini dijelaskan pada gambar 3.1.
(a) (b) (c)
Gambar 1 . Gambar spesimen satuan mm dengan (a) sudut chamfer 15° (b) sudut chamfer 30° (c) sudut chamfer 45°

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Hasil dan pembahasan bab ini sesuai dengan hasil penelitian pengaruh variasi sudut chamfer pada friction welding  yang  kemudian  dilakukan  pengamatan  struktur  mikro  dan  uji  tarik.  Proses  friction  welding  dilakukan  pada kecepatan putaran gesek 1600 rpm, tekanan gesek 2,5 MPa, tekanan tempa 4 MPa, dan waktu pengelasan 45 s dan variasi sudut chamfer (15º, 30º, dan 45º). Jumblah total benda uji untuk pengujian struktur mikro dan mengujian tarik masing masing sebanyak 3 spesimen. Hasil pengujian akan disajikan dalam bentuk tabel dan grafik.
C Si
Mn P S Cr Ti Fe 0,07% 0,3% 1,38% 0,4% 0,28% 18,4% 8,1% 71,07%
Perlite Ferit

## 3.1 Pengamatan Struktur Mikro
Untuk pengamatan kali ini adalah uji struktur mikro yaitu di bagian zona las dan zona HAZ pada spesimen 15°, 30°, 45°. Pengujian ini dilakukan karena untuk melihat fase apa yang terjadi setelah dilakukannya pengelasan. Dapat kita amati pada hasil perbesaran 100x. Maka dapat dilihat fase struktur Perlite dan Ferit yang terkandung dari hasil pengelasan gesek, pada foto mikro terlihat struktur yang berwarna hitam yaitu Perlite dan yang berwarna putih yaitu Ferit. Hasil pengamatan struktur mikro dapat dilihat pada Gambar 3 di bawah ini.
(a)                                                                           (b)
(c)
Gambar 3. Struktur Mikro Daerah Weld Line (a) 15° (b) 30° (c) 45°
Pada gambar 3 dapat dilihat pada gambar dari ketiga variasi memiliki struktur yang terdiri dari fasa perlite dan fasa  ferit  pada  daerah  sambungan  las.  Dari  ketiga  variasi  memiliki  perbedaan  jumlah  struktur  fasa  ferlit  dan  fasa perlite. Fasa perlite terbanyak terdapat pada variasi 30°, kemudian 15° dan yang terendah pada variasi 45°, sedangkan fasa ferit memiliki jumlah struktur yang lebih banyak daripada fasa perlite disemua variasi sambungan las. Pada ketiga variasi struktur mikro sambungan las juga didapat porositas.
Fasa  ferit  yang  lebih  dominan  diakibatkan  karena  kurangnya  temperatur  pada  saat  pengelasan  yang mengakibatkan cepatnya waktu pendinginan, sehingga atom karbon akan berdifusi lebih cepat dan dapat menempuh jarak yang lebih dekat sehingga fasa perlit akan terlihat lebih kecil. Hal itu dapat dibuktikan dari penelitian yang dilakukan oleh Andre Setyawan Al Faruq (2020) [5].
Perlite Ferit (a)                                                                             (b) (c)

## Gambar 4. Struktur Mikro Daerah HAZ Stainless Steel
Pada gambar 4 dapat dilihat pada gambaar daerah HAZ ketiga variasi mengalami perubahan pada struktur fasa. Terdapat fasa ferit dan fasa perlite yang lebih halus dan luas. Karena pada daerah HAZ mengalami proses pemanasan dengan temperatur yang lebih rendah, dan juga laju pendinginan yang lebih lambat, jika dibandingkan pada daerah bats sambungan las.
Rendahnya temperatur dari panas yang dibangkitkan, dan laju pendinginan yang terjadi, meyebabkan ukuran butiran  pada  daerah  HAZ  lebih  halus  dan  luas.  Perubahan ukuran  butiran  ini,  menyebabkan  perubahan  pada  sifat mekanis dari logam induk pada daerah HAZ dan daerah disekitar batas sambungan. Hal itu dapat dibuktikan dari penelitian yang dilakukan oleh Jack Carol Adolf Pah dkk (2018) [6]
Setelah dilakukannya pengelasan gesek material mengalami perubahan struktur mikro karena pada proses friction welding mengalami perlakuan panas akibat gesekan lalu pemberian tekanan tempa. Seperti yang dijelaskan oleh Nur Husodo dkk pada penelitiannya (2013) [7]
Pada pengujian ditemukan struktur yang terbentuk pada spesimen adalah fasa ferit dan perlit yaitu semakin sedikit jumlah presentase butiran perlit, semakin menurun pula kekuatan dari material tersebut. Karena sifat butiran perlit yang lebih kuat, keras dan sedikit getas. Sedangkan jumlah presentanse struktur ferit yang ditampilkan semakin banyak dengan sifatnya lunak dan ulet yang membuat kekuatan material kurang kuat dari pada yang lebih banyak butiran perlitnya. 3.2 Hasil Uji Tarik
Setelah dilakukan pengelasan maka diperoleh sampel dengan 3 variasi yang berbeda yaitu dengan variasi sudut chamfer (15º, 30º, dan 45º). Dengan tujuan untuk membandingakan pengaruh sudut chamfer yang memiliki nilai kekuatan tarik yang lebih baik. Hasil pengujian dan perhitungan akan disajikan dalam bentuk tabel dan grafik. Berikut adalah tabel hasil uji tarik.
Tabel 2 . Hasil pengujian tarik Variasi sudut chamfer Max load (kg) Tensile strength (MPa) Yield strangth (Mpa) Elongation (%) 15° 1740 268.3 182.4 0.2 30° 2950 454.9 309.3 1.3 45° 1255 193.5 118.2 1.1
Pada tabel 2 dapat dilihat bahwa variasi sudut chamfer dapat mempengaruhi hasil uji tarik. Pengujian tarik ini dilakukan sampai  spesimen  mengalami  patah  yang  dapat  disimpulkan  bahwa  sudut  chamfer  30°  memiliki  nilai  kekuatan  tarik terbesar yaitu 454.9 MPa.
Berikut ini merupakan grafik hubungan antara kekuatan tarik dan variasi sudut chamfer pada proses pengelasan gesek:
Gambar 5 . Grafik hubungan antara kekuatan tarik dengan sudut chamfer Berdasarkan gambar 5 menujukan grafik hubungan antara kekuatan tarik dengan sudut chamfer. Berdasarkan grafik dapat  dilihat  bahwa  nilai  kekuatan  tarik  terbesar  yaitu  pada  penggunaan  sudut  chamfer  30°  dengan  nilai  309.3  MPa, kemudian di ikuti dengan sudut chamfer 15°, dan yang paling kecil yaitu pada sudut chamfer 45° dengan masing-masing nilai kekuatan tarik sebesar 182.4 Mpa, dan 118.2 Mpa. Dapat disimpulkan bahwa dengan penggunaan variasi sudut chamfer berpengaruh dalam mendapatkan kekuatan tarik yang lebih besar.
Pada sudut chamfer 30° memberikan kekuatan tarik yang maksimal, diduga disebabkan oleh hasil pengelasan yang baik ditunjukkan oleh luas kontak yang sempit akibat sudut chamfer yang kecil, sehingga dihasilkan tekanan yang lebih besar diikuti oleh panas yang cukup besar dan mampu melelehkan logam yang mengisi kolam las dengan lebih merata. Dengan kondisi pengelasan tersebut maka porositas dan luas daerah HAZ ( Heat Affected Zone ) menjadi relatif lebih kecil.

## 4. KESIMPULAN
Sudut chamfer berpengaruh terhadap kekuatan tarik hasil sambungan las gesek pada AISI 304. Hasil pengujian tarik tertinggi diperoleh dari variasi 30° dengan nilai sebesar 454.9 MPa. Sementara hasil pengujian tarik terendah diperoleh diperoleh dari variasi sudut chamfer 45° sebesar 193.5 Mpa. Hasil pengujian struktur mikro menunjukkan bahwa sudut chamfer berpengaruh pada perubahan struktur mikro pada daerah Stainless Steel 304. Pada semua variasi sudut chamfer, struktur mikro daerah las memiliki fasa perlit dan ferlit berbutir kecil, daerah HAZ berfasa perlit dan ferlit berbutir lebih besar. Struktur mikro daerah las dan daerah HAZ  memiliki fasa ferlit yang lebih banyak. Didapat juga pada semua variasi terdapat  porositas.  Porositas  terbesar  terdapat  pada  sudut chamfer 45°.  Disarankan  untuk  penelitian  selanjutnya  pada proses pengelasan, saat pemsangan benda kerja, posisikan sedemikian mungkin agar benda kerja yang akan disambung berada tepat dan sejajar, sehingga hasil pengelasan dapat sejajar.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]   Nugroho, "Sifat Mekanis dan Struktur Mikro Pengelasan Gesek Baja Tahan Karat Austenitik AISI 304," JURNAL ILMIAH SEMESTA TEKNIKA, vol. 17, pp. 83-90, 2014.
[2]   Kasijanto, "Pengaruh Konfigurasi Sudut Chamfer Male-Female dan Lama Gesek terhadap Karakteristik Hasil Pengelasan dan Kekuatan Tarik Paduan Aluminium 6061," JURNAL ENERGI DAN TEKNOLOGI MANUFAKTUR (JETM), vol. 01, pp. 01-08, 2018.
[3]   Faruq,  "PENGARUH  SUDUT  CHAMFER  MALE  –  FEMALE  DAN  TEKANAN  GESEK  PADA  PROSES  FRICTION WELDING BAJA KARBON S45C TERHADAP KEKUATAN TARIK DAN STRUKTUR MIKRO," JPTM, vol. 01, pp. 0- 216, 2020.
[4]   Hakim, "Pengaruh Variasi Tekanan Gesek Terhadap Kekuatan Tarik Struktur Mikro Dan Kekerasan Sambungan Las Metode Continuous Drive Friction Welding Bahan Silinder Pejal Logam Stainless Steel 304," Fakultas Teknik UMY, Yogyakarta, 2017.
[5] Al Faruq, A. S., & Rasyid, A. H. A. PENGARUH SUDUT CHAMFER MALE–FEMALE DAN TEKANAN GESEK PADA PROSES FRICTION WELDING BAJA KARBON S45C TERHADAP KEKUATAN TARIK DAN STRUKTUR MIKRO.
[6] Pah, J. C. A. (2018). Pengaruh Waktu Dan Tekanan Gesek Terhadap Kekuatan Tarik Sambungan Dissimilar Metals Pada Pengelasan Gesek (Doctoral dissertation, Universitas Brawijaya).
[7] Husodo, N., Sanyoto, B. L., Setyawati, S. B., & Mursid, M. (2013). Penerapan teknologi las gesek (friction welding) dalam rangka penyambungan dua buah logam baja karbon St41 pada produk back spring pin. J. Energy dan Manufaktur , 6 (1), 1-94.
268,3 454,9 193,5 0 100 200 300 400 500 1 5 ° 3 0 ° 4 5 KE KU AT AN T ARI K (M PA) SUDUT CHAMFER