## PENGARUH VARIASI KECEPATAN LAS TERHADAP STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIK PADUAN Al 2024 HASIL PENGELASAN PUTAR GESEK

## THE INFLUENCE OF WELDING SPEED VARIATION ON MECHANICAL PROPERTIES AND MICRO STRUCTURE OF Al 2024 AS A RESULT OF FRICTION STIR WELDING
Tarmizi* 1 , Agus Daryana 2 , Irfan 1
1 Balai Besar Logam dan Mesin Bandung
2 Jurusan Teknik Metalurgi, Unjani Bandung Email: * tarmizi@kemenperin.go.id, irfan@kemenperin.go.id
Diterima: 6 Maret 2018        Direvisi: 28 Maret 2018 Disetujui: 4 April 2018

## ABSTRAK
Aluminium seri 2xxx termasuk jenis aluminium yang sulit untuk dilas secara konvensional dapat disambung menggunakan  proses  las  putar  gesek.  Metode  las  putar  gesek menggunakan  prinsip  termomekanik  dengan memanfaatkan  energi  panas  yang  dihasilkan  dari  proses  gesekan  antara tool dengan  benda  kerja  yang  akan  dilas. Proses  las  putar  gesek  aluminium  2024  tipe  butt  joint  dengan  variasi  kecepatan  pengelasan  22,  29,  38  mm/menit menggunakan mesin frais telah berhasil dilakukan dengan baik. Hasil uji mekanik menunjukkan nilai kekuatan tarik terbesar 238 MPa dan nilai kekerasan terbesar 135 HVN, dihasilkan dari kecepatan pengelasan 29 mm/menit. Hasil lasan  menggunakan  kecepatan  29  mm/menit  menunjukkan  struktur  mikro  lebih  halus  dibandingkan  menggunakan kecepatan  22  dan  38  mm/menit.    Proses  las  putar  gesek  aluminium  2024  dengan  parameter  putaran threaded cylindrical tool 1500  rpm,  sudut  kemiringan tool 0 o dan  kedalaman  pembenaman  pin  4,8  mm  menggunakan tool kecepatan pengelasan 29 mm/menit, hasilnya lebih baik dari pada kecepatan pengelasan 22 dan 39 mm/menit.
Kata kunci : las putar gesek, termomekanik, tool , kecepatan pengelasan

## ABSTRACT
Aluminum  2xxx  series  including  the  type  of  aluminum  that  is  difficult  to  weld  in  conventional  can  be connected using  a friction  stir  welding process. The  weld  stirring  method  uses the thermomechanical  principle by utilizing  the heat  energy generated from the friction process between the stirrer and the  work piece to  be  welded. The welding stirring process of aluminum 2024 butt joint with variation of welding speed 22, 29, 38 mm/min using frais machine has been successfully done well. The mechanical test results showed the largest tensile strength value of 238 MPa and the greatest  hardness value of 135 HVN resulted from  welding speed of 29 mm/min. The  welded results  using  a  speed  of  29  mm/min  showed  a  finer  microstructure  than  using  speeds  of  22  and  39  mm/min.  The welding  process  of  aluminum  friction  2024  with  threaded  cylindrical  tool  1500  rpm  rotation,  0 o tool  inclination angle and 4.8 mm pin depth deployment using tool welding speed 29 mm/min gave better result than welding speed of 22 and 39 mm/min.
Keywords : FSW, thermomechanical, tool, welding speed

## PENDAHULUAN
Aluminium  merupakan  unsur non  ferrous yang paling banyak terdapat di bumi, merupakan logam ringan yang mempunyai sifat yang ringan, ketahanan  korosi  yang  baik  serta  hantaran  listrik dan  panas  yang  baik,  mudah  dibentuk  baik
melalui proses pembentukan maupun permesinan. Sebagai tambahan terhadap kekuatan mekaniknya  yang  sangat  meningkat  dengan penambahan  Cu,  Mg,  Si,  Mn,  Zn,  Ni,  dan sebagainya,  secara  satu  persatu  atau  bersama- sama,  memberikan  juga  sifat-sifat  baik  lainnya seperti ketahanan korosi, ketahanan aus,
koefisien  pemuaian  rendah  dan  sebagainya. Kelebihan  di  atas  menyebabkan  aluminium  dan paduannya  banyak  digunakan  di  bidang  struktur dan  permesinan,  seperti  pesawat  terbang,  kapal serta industri otomotif  [1].
Aluminium  termasuk  bahan  logam  yang sulit dilas dengan teknik pengelasan konvensional,  disebabkan  karena  daya  hantar panasnya  yang  tinggi  sehingga  sulit  untuk memanaskan  sebagian  kecil  dan  disamping  itu paduan  aluminium  mudah  teroksidasi  sehingga membentuk  oksida  Al 2 O 3 yang  mempunyai  titik leleh yang tinggi [2].
Aluminium  seri  2024  ini  termasuk    ke dalam  seri  aluminium  yang  tidak  dapat disambungkan  dengan  metode  pengelasan  cair GTAW ataupun GMAW karena akan menyebabkan  retak  panas  dan stress  corrosion cracking [3].  Karena  sulitnya  dilas  maka penyambungan  aluminium  pada  tataran  aplikasi banyak  menggunakan  proses rivetting atau pengelingan. Namun sekarang pengelasan aluminium  sudah  bisa  dilakukan  dengan  proses Friction Stir Welding [2].
Friction  Stir  Welding (FSW)  merupakan sebuah  metode  pengelasan  yang  telah  ditemukan oleh  Wayne  Thomas  di  TWI  ( The  Welding Institute )  pada  tahun  1991.  Prinsip  kerja  FSW adalah proses pengelasan solid-state, yaitu benda kerja  diam  dan  sebuah tool yang  berputar sehingga mampu melelehkan benda kerja tersebut sehingga dapat menyatu dan tersambung menjadi satu. Tool yang  berputar  dan  diumpankan  pada garis sambungan menghasilkan panas serta secara mekanis  menggerakkan  logam  lunak  untuk membentuk sambungan las. Friction Stir Welding salah  satu  metode  pengelasan  yang  baru  dan memiliki  banyak  keunggulan  dibandingkan dengan  metode  pengelasan  yang  lainnya  serta Friction  Stir  Welding berhasil  menekan  biaya proses  pengelasan  menjadi  lebih  murah  karena proses  pengelasan  hanya  membutuhkan input energy yang  rendah  dan  tidak  menggunakan fillermetal . Penelitian tentang FSW masih dikembangkan  seperti  variasi  bentuk tool , perbaikan  teknik  pengelasan,  dan  perbaikan material tool agar  memiliki  umur  pakai  yang lama.  Pada   FSW, tool sangat berperan penting karena  menjadi  faktor  penentu  utama  pada  hasil pengelasan.  Permasalahan  yang  dikaji  dalam penelitian  ini  adalah  pengaruh  variasi welding speed pada  proses  FSW  terhadap  sifat  mekanik
dan  struktur  mikro  dari  sambungan  aluminium paduan seri 2024.
Parameter yang berpengaruh pada pengelasan FSW antara lain [4]: 1.   Kecepatan Putar (rpm)
adalah  putaran  dari tool yang  berpengaruh pada besarnya heat input.
2. Travel Speed (mm/s) adalah  laju  dari  kecepatan  pengelasan  dan akan  berpengaruh  terhadap heat  input dan laju pendinginan.
3.   Desain Tool/Probe Desain  yang  tepat  akan  meningkatkan kualitas hasil pengelasan
4. Plunge Depth adalah  kedalaman  dari  permukaan shoulder yang masuk kedalam material yang dilas.
Kecepatan  pengelasan  dalam  proses  FSW akan menentukan kualitas lasan, karena berpengaruh  terhadap  besarnya  masukan  panas saat  proses  pengelasan  dan  dapat  memberikan perubahan  terhadap  sifat-sifat  mekanik  dan mikrostruktur daerah sambungan [5].
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui pengaruh  kecepatan  pengelasan  terhadap  sifat mekanik  dan  struktur  mikro  hasil  proses  FSW dan parameter yang tepat untuk proses penyambungan aluminium seri 2024
menggunakan FSW.
Akibat  adanya  panas  pada  FSW,  maka terjadi  perubahan  struktur  mikro  pada  area  yang dilas  dan  dapat  dibagi  menjadi  4  zona  seperti Gambar 1.
Gambar 1. Struktur Mikro Hasil Pengelasan dengan Metode FSW [6]

## A. Base Metal
Area  ini  merupakan  bagian base  material yang  tidak  terkena  pengaruh  panas  yang dihasilkan selama proses FSW berlangsung.
B. Heat-Affected Zone (HAZ)
Area ini merupakan area yang paling dekat dengan center dari  lokasi  pengelasan,  material pada area ini sudah mengalami siklus termal yang menyebabkan perubahan struktur mikro dan sifat mekanik dari base  material ,  tetapi pada area ini tidak terjadi deformasi plastis akibat pengelasan.
C. Thermomechanically Affected Zone (TMAZ)
Pada  area  ini tool mendeformasi  material secara  plastis,  dan  tentunya  panas  yang dihasilkan  pada  saat  proses  pengelasan  juga membawa  pengaruh  terhadap  material.  Pada material aluminium panas tersebut memungkinkan  untuk  menghasilkan  regangan plastis  tanpa  adanya  proses  rekristalisasi,  dan biasanya ada batas  yang  jelas  yang membedakan antara  area  rekristalisasi  ( weld  nugget )  dan  area TMAZ yang terdeformasi.

## D. Weld Nugget
Area  ini  yang  secara  utuh  mengalami rekristalisasi  atau  terkadang  disebut  juga stir zone . Area ini merupakan area yang menghasilkan sambungan akibat gerakan tool [6]. Aluminium  paduan  seri  2024  merupakan material    yang    dapat    mengalami  perlakukan panas  terutama    yang    mengandung    2,5-5%  Cu. Seri  2017  dikenal  dengan  nama  “Duralumin” yang mengandung  4% Cu,  0,5% Mg, dan 0,5% Mn    pada    komposisi    standar.    Komposisi  Mg pada paduan standar Al ini  ditingkatkan, menjadi 4,5% Cu,  1,5% Mg,  0,5% Mn, yang dinamakan paduan  2024 bernama  Duralumin  Super.
Paduan    yang    memiliki  kandungan  unsur Cu  mempunyai  ketahanan  korosi  yang  buruk, sehingga    apabila    ketahanan    korosi    khusus diperlukan,    permukaannya    dilapisi    dengan    Al murni    atau    paduan    Al    yang    tahan    korosi yang  disebut  pelat  alkad.  Paduan  ini  banyak digunakan    untuk    alat-alat    yang    bekerja    pada temperatur    tinggi    misalnya    pada    industri pesawat    terbang,    piston,    dan    silinder head motor    bakar  [1].  Komposisi  kimia  aluminium seri 2024 tercantum pada Tabel 1.
Tabel 1. Komposisi Kimia Aluminium 2024 [7] Komponen Berat, % Al 90,7 – 94,7 Cr maks 0,10 Cu 3,8 – 4,9 Fe maks 0,50 Mg 1,2 – 1,8 Mn 0,3 – 0,9 lain 2 , masing 2
maks 0,05 lain 2 , total maks 0,15 Si maks 0,50 Ti maks 0,15 Zn maks 0,25

## BAHAN DAN METODE
Dalam  penelitian  ini  beberapa  tahapan proses  FSW  dapat  dilihat  dari  diagram  alir  yang ditunjukkan pada Gambar 2.
Proses  FSW  ini  dilakukan  di  Balai  Besar Logam dan Mesin Bandung menggunakan mesin Milling. Material  yang  disambung  adalah aluminium  2024,  ketebalan  6,5  mm  dengan ukuran 300 mm x 120 mm. Tool dibuat dari baja H13 dengan bentuk threaded cylinder .
Gambar 2. Diagram Alir Penelitian FSW
Bentuk tool yang  digunakan  pada  proses FSW ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Tool untuk FSW
Parameter  proses  FSW  yang  digunakan adalah  putaran  tool  1555  rpm,  kedalaman pembenaman  pin  6,3  mm  dengan  sudut kemiringan tool 0 o ,  dan dwelling  time 5  menit. Variasi kecepatan pengelasan adalah 22 mm/min, 29 mm/min dan 38 mm/min.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Analisis Visual Hasil Pengelasan
Hasil  proses  FSW  aluminium  seri  2024 disajikan  pada  Gambar  4.  Hasil  proses  FSW secara  visual  menunjukkan  proses  pengelasan berlangsung  baik,  terlihat  menyatu  dan  mulus serta tidak terjadi defleksi, walaupun terjadi flash pada  permukaan  lasan  untuk  semua  spesimen dengan  ukuran  dan  jumlah  yang  berbeda. Flash terjadi  karena  adanya  gaya  penetrasi  dan penekanan tool yang  berlebih  dan  pengadukan material  tidak  sempurna  sehingga  menyebabkan material  terdorong  ke  permukaan.  Proses  FSW menggunakan tool dengan  kecepatan  pengelasan 29  mm/menit  menghasilkan flash yang  lebih sedikit dibandingkan yang menggunakan kecepatan  22  mm/menit  dan  38  mm/menit. Menurut  AWS  D17.3 flash yang  muncul  harus dihilangkan sebelum pengujian radiografi.
Gambar 4. Hasil Proses FSW Secara Visual

## Analisis Hasil Pemeriksaan Radiografi
Hasil  pengujian  radiografi  spesimen  FSW menunjukkan  adanya  kekosongan  pada  daerah lasan  untuk  percobaan  menggunakan  kecepatan 22  mm/menit  dan  38  mm/menit.  Sedangkan proses  pengelasan  dengan  kecepatan  29  mm/ menit  terlihat  bagus  dan  tidak  ada  indikasi  cacat (Gambar 5).
Gambar 5. Hasil Pengujian Radiografi

## Analisis Cacat dan Struktur Makro
Hasil  analisis  cacat  dan  foto  makro memperlihatkan  adanya cavity [8]  pada  hasil potongan  spesimen  untuk    proses  FSW  dengan kecepatan  pengelasan  22  mm/menit  dan  38 mm/menit.  Sedangkan  foto  makro  untuk  proses pengelasan dengan kecepatan 29 mm/menit tidak menunjukan  adanya  cacat.  Hasil  ini  sesuai dengan hasil uji radiografi sebelumnya.
Cacat cavity ini  muncul  karena  kurangnya heat  input pada  saat  proses  FSW  sehingga  tidak cukup  untuk  melunakkan  dan  memindahkan material  lunak  pada  saat  pergerakan tool .  Hasil uji  makro  dapat  dilihat  pada  Gambar  6.  Adanya cacat cavity menurut  standar  AWS  D17.3  tidak dapat  diterima  sehingga  terhadap  spesimen  hasil pengelasan tidak perlu dilakukan pengujian tarik.

## Gambar 6. Hasil Uji Makro

## Analisis Hasil Pengujian Tarik
Pengujian  tarik  hanya  dilakukan  pada spesimen  dengan  kecepatan  pengelasan  29 mm/menit  karena  spesimen  lainnya  tidak memenuhi  persyaratan  AWS  D17.3.  Pengujian tarik dilakukan untuk tiga lokasi sambungan yang berbeda dan hasilnya menunjukkan bahwa ketiga spesimen  patah  getas  pada  daerah weld  metal dengan kuat tarik tertinggi adalah 238 MPa, lebih rendah  dibandingkan  kuat  tarik  logam  induk sebesar  250  MPa  (Gambar  7).  Hal  ini menunjukkan bahwa terjadi pelunakan logam las setelah  mengalami  pemanasan  akibat  proses FSW.
Gambar 7. Hasil Uji Tarik Logam Las

## Analisis Hasil Pengujian Kekerasan
Pengujian  kekerasan  logam  las  proses FSW disajikan pada Gambar 8.
Gambar 8. Hasil Uji Kekerasan Logam Las Pengujian kekerasan yang dilakukan terhadap  hasil  proses Friction  Stir  Welding (FSW) aluminium seri 2024 menunjukkan bahwa perubahan  struktur  mikro  menjadi  lebih  halus pada  daerah weld  metal yang  menyebabkan  nilai kekerasan  juga  meningkat  dibanding  daerah sekitar yang  terpengaruh oleh panas tool . Hal ini menyebabkan  nilai  kekerasan  tertinggi  diperoleh pada  daerah weld  metal sebesar  138  HVN menggunakan kecepatan pengelasan 29
mm/menit.  Sedangkan  daerah  HAZ  memiliki nilai  kekerasan  terendah  yaitu  62  HVN  karena area ini tidak mengalami deformasi plastis seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.
Analisis Hasil Uji Struktur Mikro Proses penyambungan aluminium menggunakan  FSW  menyebabkan  terjadinya perubahan  pada  struktur  mikro  di  daerah  w eld metal dan  sekitarnya  [9].  Perubahan  ini  terjadi karena  adanya  pergerakan  atom-atom  pada  saat
proses  pengelasan  berlangsung  akibat  adanya pengaruh  panas  yang  diterima  sehingga  ketika pendinginan  berlangsung  cepat  maka  butir  yang terbentuk  menjadi  lebih  kecil  pada  daerah weld metal [10].
Daerah  sekitar weld  metal yang  ikut terpengaruh  akan  mengalami  perubahan  ukuran butir seperti di daerah TMAZ dan HAZ. Struktur mikro  pada  daerah  HAZ  menjadi  lebih  besar karena  proses  pendinginan  berlangsung  lebih
lama.  Daerah base  metal tidak  mengalami perubahan struktur mikro karena tidak terpengaruh  oleh  panas  akibat  proses Friction Stir  Welding (FSW).  Struktur  mikro  pada  proses FSW  menggunakan  kecepatan  pengelasan  29 mm/menit terlihat lebih halus dan rapat  dibandingkan  menggunakan  kecepatan pengelasan 22 mm/menit dan 38 mm/menit. Hasil pengamatan  struktur  mikro  dapat  dilihat  pada Gambar 9.
Gambar 9. Hasil Struktur Mikro Proses Friction Stir Welding (FSW)

## KESIMPULAN DAN SARAN
Proses Friction  Stir  Welding (FSW) aluminium  seri  2024  menggunakan  parameter putaran tool  cylinder  threaded 1555  rpm, kedalaman  pembenaman tool 6,3  mm  dan tilt angle 0 o telah  berhasil  dilakukan.  Kuat  tarik maksimum  dihasilkan  oleh  spesimen  pada kecepatan  pengelasan  29  mm/menit  yaitu  238 MPa, lebih rendah dibandingkan  kuat  tarik base metal sebesar  250  MPa.  Cacat  yang  muncul disebabkan  oleh  material  yang  tidak  teraduk sempurna  sehingga  perpindahan  material  lunak tidak berlangsung dengan baik.
Perubahan  struktur  mikro  pada  daerah lasan  dan  sekitarnya  akibat  pengaruh  panas tool menyebabkan  kekerasan  logam  lasan  juga berubah  menjadi  lebih  tinggi  dengan  kekerasan tertinggi pada weld metal menggunakan kecepatan  pengelasan  29  mm/menit,  lebih tinggi  dibandingkan  menggunakan  kecepatan pengelasan 22 mm/menit dan 38 mm/menit.
Proses Friction  Stir  Welding (FSW) aluminium  seri  2024  menggunakan  kecepatan pengelasan  29  mm/menit  menunjukkan  sifat mekanik  dan  struktur  mikro  yang  lebih baik  dibandingkan  menggunakan  kecepatan pengelasan 22 dan 38 mm/menit.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  yang sebesar-besarnya  kepada  Bapak  Dr.  Ing.  Ir. Supono  Adi  Dwiwanto,  Staf  Seksi  Pemesinan dan Pengelasan BBLM yang menyediakan waktu dan fasilitas untuk penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Surdia,  T.  Dan  S,  Saito,  “Pengetahuan Bahan Teknik” , Pradnya Paramita , Jakarta, 1995.
[2] Priyanto  Tri  Hardi  dkk,  “Analisis  Struktur Kristal  Hasil  Las Friction-Stir Welding pada Retreating  Side  Bimetal Dissimilar
Aa6061-Cu dengan Teknik Difraksi Neutron ”, Jurnal  Sains  Materi  Indonesia Vol. 14, No. 3, 2013.
[3] Sonawan  H.,  Suratman  R,  “Pengantar untuk Memahami Proses Pengelasan Logam”, Alfabeta , Bandung, 2006.
[4] G.  Rambabu  dkk,  “Optimization  of Friction  Stir  Welding  Parameters  for
Improved Corrosion Resistance of AA2219 Aluminum Alloy Joints” , Science
Direct,  Defence  Technology 11 (2015)
330e337, 2015.
[5] Cavaliere, P., Squillace, A., Campanile, G.,
Panella,  F.,  “Effect  of  welding parameters
on mechanical and microstructural
properties  of  AA6056 joints  produced  by friction stir welding”, Journal of Materials Processing Technology 180, 2006.
[6] Mishra  R.S.,  Mahoney  M.W.,  “Friction Stir  Welding  and  Processing”, ASM
International , 2007.
[7] ASM  Handbook  Volume  2,  “Properties and  Selection  :  Non  Ferous  Alloy  and Special Purpose Materials”, 2004.
[8] P.  Podržaj,  B.  Jerman,  D.  Klobčar, “Welding  Defects  at  Friction  Stir Welding”, Metalurgija 54,  387-389,  2, 2015.
[9] Wijayanto W, “ Pengaruh Sudut Kemiringan  Tool  Terhadap  Sifat  Mekanik dan    Struktur  Mikro  Sambungan  Pelat Aa5083 pada Proses Friction Stir
Welding ”, Tugas  Akhir  Program  Sarjana Universitas Sebelas Maret , 2013.
[10] Irfan,  Tarmizi,  “Pengaruh  Bentuk  Pin Terhadap  Sifat  Mekanik  Aluminium  5083 –  H112  Hasil  Proses Friction  Stir Welding ”, Jurnal  Riset  Teknologi  Industri , 2017.
[11] ASM  Handbook, Metallography  and Microstructure , Volume 9, 2004.
[12] AWS  D17.3,  “Specification  for  Friction Stir  Welding  of  Aluminum  Alloys  for Aerospace Application”,  2010.