## PENGARUH FREKUENSI PULSE PENGELASAN GTAW PADA ALUMINIUM ALLOY 6061

## Ari Wibowo*, Nugroho Pratomo Aryanto, Cahyo Budi Nugroho dan Muhammad Ismail
Teknik Mesin, Politeknik Negeri Batam, Jl. Ahmad Yani, Batam Center, Batam 29461 Kepulauan Riau, Indonesia
* E-mail: ariwibowo@polibatam.ac.id

## Abstrak
AA6061  banyak  digunakan  untuk  industri    luar  angkasa,  kendaraan  bermotor  dan  industri  kelautan  terutama untuk kapal cepat. Pengelasan paduan aluminium dengan GTAW sering menghasilkan cacat las seperti porosity dan  hot  cracking.  Paper  ini  menggambarkan  pengaruh  pulse  frequency  terhadap  sifat  microhardness,  porosity dan  makrostructure  pada pengelasan GTAW. Penelitian ini  menggunakan aluminium 6061 sebagai base  metal dan tanpa menggunakan filler metal. Pulse frequency divariasikan dari 0 Hz sampai 10 Hz. Hasil makrostruktur menunjukkan  bahwa  kedalaman  penetrasi  maksimum  terjadi  pada  pulse  frequency  6  Hz,  sedangkan  lebar penetrasi  lasan  maksimum  terjadi  saat  tidak  menggunakan  pulse  frequency.  Pengujian  kekerasan  mikro menunjukkan  bahwa  terjadinya  kekerasan  maksimum  pada  pulse  frequency  6  Hz  sedangkan  kekerasan  paling rendah  terjadi  pada  pulse  frequency  10  Hz.  Pengelasan  AA  6061  tanpa  filler  ini  menghasilkan  porositas  yang bisa berdampak pada kekerasan pada weld metal.
Kata kunci: pulse frequency, AA6061, GTAW, porositas, struktur makro, microhardness,

## Abstract
AA6061 is widely used for the space industry, motor vehicles and marine industry, especially for spead boats. aluminium  alloys  Welding  with  GTAW  often  produces  weld  defects  such  as  porosity  and  hot  cracking.  This paper describes the effect of pulse frequency on the properties of microhardness, porosity and macrostructure in GTAW  welding.  This  study  used  alluminum 6061  as a  base  metal  and  without  filler  metal.  Pulse  frequency  is varied from 0 Hz to 10 Hz. The macrostructure results showed the maximum penetration depth occured at pulse frequency 6 Hz, while the  maximum penetration width occured when did not pulse frequency. Micro hardness testing showed that the maximum hardness occured at pulse frequency 6 Hz while the lowest hardness occured at pulse frequency 10 Hz. AA 6061 welding without metal filler produced porosity which can have an impact on the hardness of the weld metal.
Keywords: pulse frequency, AA6061, GTAW, porosity, macrostructure, microhardness,

## 1. PENDAHULUAN
Paduan  aluminium  AA6061  banyak  digunakan untuk  industri    luar  angkasa,  kendaraan  bermotor dan industri kelautan terutama untuk kapal cepat [3]. Aluminium jenis ini memiliki kandungan magnesium  dan  silicon  dalam  jumlah  besar  yang mana akan mengalami peningkatan kekuatan dengan cara  precipitation  hardening  [6].  Aluminium merupakan  logam  yang  memiliki  lapisan  oksida yang  terdapat  pada  permukaannya.  GTAW  bisa digunakan  untuk  mengelas  material  yang  memiliki lapisan oksida pada permukaannnya seperti aluminium.  GTAW  juga  biasanya  digunakan  untuk mengelas  part-part  kecil  yang  sulit  dilas  dengan SMAW.  Dalam  mengelas  aluminium  dengan
GTAW  diperlukan  arus  AC.  Arus  AC  digunakan untuk membuang lapisan oksida yang terdapat pada permukaan.  Pengelasan  paduan  aluminium  dengan GTAW  sering  menghasilkan  cacat  las  seperti porosity,  hot  cracking  dan  incomplete  fusion  [4]. Struktur  mikro  dan  sifat  mekanik  aluminium  akan berubah ketika dilas.
Pada  proses  pengelasan  pulse  GTAW,  variable input  sangat  mempengaruhi  sifat  mekanik  hasil pengelasan  [5]  contohnya  pulse  current  dan  pulse frequency.  Dengan  sedikit  merubah  variable tersebut  bisa  dihasilkan  sifat  mekanik  yang  sangat berbeda.  Penelitian ini menggunakan variable pulse frequency  yang  bisaa  terdapat  pada  GTAW  untuk mengetahui  pengaruhnya  terhadap  hasil  penetrasi dan  kekerasan  pada  aluminium  6061.  Peak  current

## Jurnal Integrasi
Vol. 11 No. 1, April 2019, 59-62 e -ISSN: 2548-9828
pada pulse digunakan untuk menghasilkan penetrasi yang maksimal pada pengelasan sedangkan background  current  digunakan  untuk  menghasilkan busur api yang stabil [2].

## 2. METODE PENELITIAN
Plate  AA6061  dengan  komposisi  kimia  seperti tabel  1  dilas  pada  pemukaannya  menggunakan GTAW.  Plate  disiapkan  dengan  ketebalan  12  mm dipotong  dengan  bandsaw  menjadi  ukuran  150  mm x  100  mm.  Plate  tersebut  kemudian  dilas  dengan GTAW dengan parameter seperti Tabel 2.
Tabel 1. Komposisi kimia (wt%) standard
AA6061 [1] Unsur %wt Unsur %wt Si 0,4-0,8 Zn <0,25 Mg 0,8-1,2 Ti <0,15 Cu 0,15-0,4  Cr 0,04-0,35 Mn <0,15 Al Bal Fe <0,7 Tabel 2. parameter pengelasan Pulse frequency : 0,2,4,6,8,10 Hz Ac pulse : 150 Hz Peak current : 180 A Background current : 80 A AC balance : 70% (-) Pulse ontime : 50% Shielding gas : Argon Gas flowrate : 20 L/minute Electrode : 2% thoriated Electrode size : 3,2 mm Arc length : 2 mm Travel speed : 3 cm/minute

## Gambar 1. Desain pengelasan
Pengelasan  dikerjakan  sesuai  desain  pada Gambar 1. Pengelasan dilakukan dengan memadukan  mesin  GTAW  manual  dengan  plasma cutting  carrier  sehingga  berjalan  dengan  kecepatan konstan, ditunjukkan oleh Gambar 2.

## Gambar 2. Mesin GTAW modifikasi
Pengambilan  data  struktur  makro  dilakukan pada  jarak  3,5  mm  dari  bead  lasan  awal.  Material disiapkan  dengan  menghaluskan  permukaan  uji makro  menggunakan  mesin  grinding  sampai  pada grit  1500.  Kemudian  material  dietsa  menggunakan larutan NaOH (10 ml NaOH + 90 ml H 2 O) selama 5 menit  dilanjutkan  dengan  larutan  HNO 3 (25  ml HNO 3 + 75 ml H 2 O) selama 3 menit.
Pengujian  kekerasan  mikro  Vickers  dilakukan dengan  beban  1  kg  dan  dwelling  time  25s  dengan skema  seperti  Gambar  3.  Pengujian  kekerasan dimulai pada bagian atas dengan jarak 0,5  mm dari tepi  material.  Pengujian  kekerasan  dilanjutkan sebanyak  15  kali  sampai  mengenai  base  metal dengan  jarak  masing-masing  pengujian  sebesar  0,5 mm.

## Gambar 3. Desain pengujian kekerasan vicker
Pengujian  phase  arry  ultrasonic  (PAUT) dilakukan untuk mengetahui porosity yang terbentuk akibat  pengelasan.  Pengujian  dilakukan  dengan mengambil  tiga  sampel  penelitian  yaitu  pada frekuensi pulse 6 Hz.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Berikut  adalah  hasil  uji  OES  (Tabel  3)  untuk memastikan  komposisi  AA  6061  sesuai  standard industri.  Dari  hasil  pengujian  didapatkan  bahwa komposisi  kimia  unsur  paduan  AA  6061  yang digunakan sesuai dengan standard.
Tabel 3. komposisi kimia (wt%) AA6061

## Plasma Carrier
GTAW Torch
Unsur %wt Unsur %wt Si 0,756 Zn 0,064 Mg 0,949 Ti 0,023 Cu 0,247 Cr 0,079 Mn 0,089 Al Bal Fe 0,273
Hasil pengamatan struktur makro dan pengukuran  penetrasi  pengelasan  menunjukkan bahwa semakin pulse frequency dari 0 Hz sampai 10 Hz  sudah  sangat  mempengaruhi  penetrasi  lasan seperti yang ditunjukkan oleh gambar 4 dan tabel 3. Penetrasi  paling  dalam  didapatkan  ketika  pulse frequency  6  Hz.  Pulse  frequency  di  atas  6  Hz  akan menyebabkan  penetrasi  semakin  dangkal.  Semakin tinggi  pulse  frequency  akan  menyebabkan  lebar penetrasi  semakin  kecil.  weld  metal  paling  lebar didapatkan  ketika  pulse  frequency  0  Hz.  Hal  ini diakibatkan  oleh  semakin  tinggi  pulse  frequency maka  akan  menyebabkan  heat  input  semakin  turun [9].
Gambar 4. Struktur makro pengelasan a) 0 Hz,
b) 2 Hz, c) 4 Hz, d) 6 Hz, e) 8 Hz, f) 10 Hz
Tabel 4. Hasil pengukuran penetrasi pengelasan
Pulse frequency (Hz) Deepth (mm) Width (mm) 0 3,6 11,4 2 4,12 11,36 4 4,12 9,88 6 5,08 9,44 8 3,22 8,24 10 3,08 7,78
Gambar 5. Uji kekerasan Vickers pada pulse frequency 0, 4, 8 Hz
Gambar 6. Uji kekerasan Vickers pada pulse frequency 2, 6, 10 Hz
Tabel 5. Identifikasi jenis struktur makro pada berbagai pulse frequency Pos itio n Jarak ke  tepi (mm) Pulse Frequency 0 Hz 2 Hz 4 Hz 6 H z 8 H z 10 H z 1 0.5 W eld Me tal W eld Me tal W eld Me tal W eld Me tal W eld Me tal
W eld Me tal
2 1 3 1.5
4 2 5 2.5
6 3 7 3.5 HAZ + B ase Me tal HAZ + B ase Me tal 8 4 HAZ + B ase Me tal 9 4.5 HAZ + B ase
Me tal HAZ + B ase Me tal 10 5 11 5.5 HAZ + B M 12 6 13 6.5 14 7 15 7.5
Pada Gambar 5 dan 6 ditunjukkan bahwa terjadi penurunan kekerasan Vickers ketika pulse frequency meningkat  pada  weld  metal,  sedangkan  untuk  haz dan  base  metal  tidak  terlalu  signifikan.  Bisa  dilihat pada  Tabel  5  bagian  weld  metal  dan  base  metal. Pada Gambar 5 dan 6 terdapat tanda lingkaran yang menunjukkan  terjadinya  penurunan  kekerasan  yang sangat besar. Hal ini diakibatkan oleh kemungkinan
a b c d e f 1 3 2
terbentuknya porositas yang berada pada sub surface seperti  ditunjukkan  oleh  Gambar  7  pada  bagian  3 dimana  hasil  indentasi  tidak  berupa  piramida sempurna  namun  seperti  ada  cekungan.  Kekerasan paling  rendah  didapatkan  ketika  material  dilas dengan pulse frequency sebesar 10 Hz, dimana tidak ada perbedaan kekerasan Antara weld metal dengan HAZ  maupun  base  metal.  Secara  umum  kekerasan pada  weld  metal  lebih  besar  dibandingkan  dengan Haz  dan  base  metal  hal  ini  bisa  diakibatkan  oleh terjadinya  precipitate  hardening  ketika  AA  6061 berada  pada  suhu  di  atas  400 o C  [7].  Selain  karena precipate  hardening,  peningkatan  kekerasan  pada weld  metal  juga  disebabkan  karena  penghalusan butir  struktur  mikro  yang  diakibatkan  oleh  thermal cycle [8].
Gambar 7. Bentuk indentasi pada posisi 1) 13 (0Hz) , 2) 14 (0 Hz), 3) 6 (6 Hz)

## Gambar 8. Pengujian phase array UT pada pulse frequency 6 Hz
Untuk  membuktikan  terbentuknya  porositas pada  hasil  pengelasan  dilakukan  pengujian  phase array  UT  seperti  ditunjukkan  pada  Gambar  8. Terdapat  porositas  yang  berada  sekitar  3  mm  di bawah permukaan lasan.

## KESIMPULAN
Meningkatnya  pulse  frequency  menyebabkan lebar  lasan  semakin  besar,  sedangkan  kedalaman lasan didapakan ketika pulse frequency 6 Hz, hal ini berkaitan  dengan  heat  input  yang  dihasilkan  karena perbedaan  pulse  frequency.  Kekerasan  weld  metal tertinggi  didapatkan  ketika  pulse  frequency  6  Hz. Kekerasan  terendah  didapatkan ketika  pulse
frequency 10 Hz. Kekerasan yang rendah pada weld metal bisa diakibatkan oleh terbentuknya porositas.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Liang Y, Shen J, Hu S, Wang H, Pang J, Effect of  TIG  current  on  microstructural  and mechanical  properties  of  6061-T6  aluminium alloy  joints  by  TIG–CMT  hybrid  welding, Journal  of  Materials  Processing  Technology (2010),https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.201 7.12.006
[2]  Kumar  A  &  Sundarrajan  S.  Effect  of  welding parameters  on  mechanical  properties  and optimization  of  pulsed  TIG  welding  of  Al-Mg- Si  alloy, Int  J  Adv  Manuf  Technol  (2009) 42:118–125 DOI 10.1007/s00170-008-1572-8
[3] Rajesh  Manti  &  Dwivedi  D.  K.  &  Agarwal  A. Microstructure  and  hardness  of  Al-Mg-Si weldments produced by pulse GTA welding, Int J  Adv  Manuf  Technol  (2008)  36:263–269
DOI 10.1007/s00170-006-0849-z
[4]    Olabode,  M.,  Kah,  P.,  Martikainen,  J.,  2013.
Aluminium alloys welding processes: Challenges,  joint  types  and  process  selection. Proc.  Inst.  Mech.  Eng.  B.  J.  Eng.  Manuf.  227 (8), 1129-1137.
[5] Padmanaban G, Balasubramanian V.
Optimization of pulsed current gas tungsten arc welding process parameters to attain  maximum tensile  strength  in  AZ31B  magnesium  alloy. Nonferrous Met. Soc. China 21(2011) 467−476
[6]    Ozturk  F.,  Sisman  A.,  Toros  S.,  Kilic  S.,  Picu R.C. Influence of aging treatment on mechanical properties of 6061 aluminum alloy. Materials and Design 31 (2010) 972–975
[7]  Senthil  Kumar  T.,  Balasubramanian  V., Sanavullah  M.Y.  Inﬂuences  of  pulsed  current tungsten  inert  gas  welding  parameters  on  the tensile properties of AA 6061 aluminium alloy. Materials and Design 28 (2007) 2080–2092
[8]  Wu  C  S,  Zheng  W  and  Wu  L.  Modelling  the transient  behaviour  of  pulsed  current  tungsten– inert-gas  weldpools.  Modelling  Simul.  Mater. Sci. Eng. 7 (1999) 15–23.
[9]  Kirk  Webb, Mark  Kadlec, Brad  Hemmert, Current control contributes to weld productivity,  quality.  The  Tube  &  Pipe Journal April/May 2010
1 2
3