Airflow Pattern Simulation in Open Type Wind Tunnel with Test Section 40 cm X 40 cm X 80 cm Simulasi Pola Aliran Udara pada Wind Tunnel Type Terbuka dengan Test Section 40 cm X 40 cm X 80 cm Fakhruhrozi Achmad Jakfar jakfarrozi@gmail.com Mulyadi Mulyadi mulyadi@umsida.ac.id Indonesia Indonesia 29 10 2021 Pendahuluan

Industri manufaktur dihadapkan dengan tantangan perkembangan teknologi seiring berjalannya waktu yang kian berkembang. Kualitas output dari setiap produk menjadi jawaban atas kepercayaan bagi para pelaku industri. Teknik pengelasan menjadi salah satu metode penyambungan dalam manufaktur yang paling banyak diminati karena prosesnya dinilai sederhana bahkan relatif lebih murah. Definisi pengelasan berdasarkan Deutche Industri Normen (DIC) adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam maupun logam paduan yang dikerjakan pada keadaan cair atau lumer[1]. Dalam dunia pengelasan logam yang banyak digunakan adalah jenis logam aluminium. Aluminium adalah logam ringan dengan ketahanan korosi baik, konduktivitas listrik yang baik. Sebagian besar aluminium dicampur dengan logam yang berbeda untuk membentuk kombinasi aluminium. Aluminium 6061 adalah salah satu jenis aluminium yang merupakan campuran magnesium dan silikon yang memiliki sifat mekanik yang baik tanpa menurunkan konduktivitas listrik[2]. Dalam bidang transportasi, aluminium banyak dimanfaatkan dalam pembangunan, seperti profil, lantai, saluran, dan tangki, misalnya tangki air atau tangki gas baru. Logam ini tidak hanya banyak digunakan di perangkat rumah, tetapi juga di pesawat, mobil, kapal dan bahan bangunan [3]

Pada umumnya penyambungan aluminium sering menggunakan metode rivet dan las TIG Kedua sambungan ini sangat terbatas jika dilihat dari beberapa sudut pandang, misalnya sambungan baut, hasilnya akan menambah ketebalan, menggunakan bahan tambahan dan ada juga bahan yang terbuang percuma dari sisa penetrasi[4]. Jika dilihat dari inovasi yang diciptakan, teknik ini tidak layak. Salah satu opsi yang berbeda dengan asosiasi aluminium adalah dengan memanfaatkan teknik Friction Stir Welding (FSW).

Konsep dasar dari teknologi sambungan ini adalah menghubungkan dua material dengan menggunakan sumber panas yang berasal dari gesekan antara putaran tool dengan permukaan benda kerja[5]. Alat putar ditekankan pada permukaan antara dua material yang akan disambung. Gesekan antara tool dan material menghasilkan panas hingga mencapai suhu leleh material[6]

FSW ditemukan dan dibuktikan secara eksperimental di The Welding Institute (TWI) di Inggris pada bulan Desember 1991[7]. TWI memegang paten atas proses tersebut dan yang pertama menjadi lembaga yang paling deskriptif. FSW merupakan salah satu metode pengelasan dengan memanfaatkan gaya gesek tool pin terhadap material dan tanpa adanya penggunaan logam pengisi (filler material), Biaya pengelasan busur lebih rendah, proses pengelasan lebih cepat dan lebih efektif, hasil pengelasan memiliki sifat mekanik yang baik, deformasi lebih sedikit, dan karena pengelasan ini tidak menggunakan gas pelindung dan tidak terpengaruh oleh radiasi sinar, itu sepenuhnya aman untuk lingkungan[8]. Penggunaan teknologi pengelasan FSW untuk menyambung material non logam merupakan metode baru di bidang pengelasan. Dibandingkan dengan bahan logam las, dalam hal ini dibandingkan dengan bahan las non logam, polimer akan lebih rumit, karena polimer merupakan isolator murni dengan konduktivitas termal yang rendah[9]

Banyak metode pengelasan yang bisa digunakan untuk penyambungan aluminium, tetapi metode Friction Stir Welding merupakan cara yang paling direkomendasikan karena prosesnya sederhana, biaya lebih murah karena tidak membutuhkan bahan tambahan serta dapat diaplikasikan pada material – material yang sulit dilas bila menggunakan teknologi konvensional dan juga asap yang dihasilkan sedikit karena tidak ada material yang terbakar sehingga tidak membahayakan bagikesehatan. Dibandingkan dengan metode pengelasan MIG (Metal Inert Gas) Sewaktu waktu dapat terjadi burnback, asap yang dihasilkan bisa menyebabkan tidak sehat dalam kurun waktu yang lama dan juga cacat las porositisering terjadi akibat pengunaan kualitas gas pelindung yang tidak baik[10].

Beberapa parameter yang dipertimbangkan pada pengelasan FSW antara lain adalah kecepatan putaran, feeding, bentuk dan dimensi pin, kemiringan tool, geometri, material tool, dll [11]. Pemilihan parameter FSW yang tepat, maka didapatkan kekuatan sambungan akan meningkat dan cacat pengelasan dapat diminimalkan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui hasil FSW pada sambungan aluminium tanpa penambahan perlakuan panas dan untuk mengetahui kekuatan kekuatan uji tarik, kekuatan uji impak, dan melihat hasil perubahan struktur mikro pada aluminium setelah dilakukan pengelasan

 Metode Penelitian

Penelitian friction stir welding dilaksanakan di Laboratorium Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Sidoarjo menggunakan mesin Frais Universal X6322C WEIDA. Total spesimen yang dikerjakan ada 16 dengan parameter yang berbeda dari masing-masing speseimen dengan menggunakan metode Taguchi Orthogonal Array 𝐿16 sebagai pengolahan data. Berikut adalah tabel desain eksperimen 𝐿16 :

<bold id="_bold-17"/>Desain Eksperimen L16

No Spc Kedalaman Shoulder (mm) Kecepatan rotasi tool (rpm) Sudut kemiringantool (Β°) Kecepatan pengelasan (mm/menit) Tool Geometry
1 0.05 765 2 24 Silinder
2 0.05 1208 2.5 43 Taper Silinder
3 0.05 1907 3 65 Hexagonal
4 0.05 3020 3.5 90 Taper Square
5 0.1 765 2.5 65 Taper Square
6 0.1 1208 2 90 Hexagonal
7 0.1 1907 3.5 24 Taper Silinder
8 0.1 3020 3 43 Silinder
9 0.15 765 3 90 Taper Silinder
10 0.15 1208 3.5 65 Silinder
11 0.15 1907 2 43 Taper Square
12 0.15 3020 2.5 24 Hexagonal
13 0.2 765 3.5 43 Hexagonal
14 0.2 1208 3 24 Taper Square
15 0.2 1907 2.5 90 Silinder
16 0.2 3020 2 65 Taper Silinder

Setelah dilakukan pengelaan selanjutnya spesimen akan dilakukan pengujian impak untuk mengetahui kekuatan beban kejut. Spesimen dibentuk sesuai dengan ASTM E 23. Desain spesimen uji impak dapat dilihat pada gambar 1.1

Gambar 1.1 Desain untuk eksperimen uji impak

Kemudian hasil uji impak akan dihitung harga impak/impact strength dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

𝐸𝑃 =

π‘š . 𝑔 . β„Ž (𝑠𝑖𝑛𝛼 + π‘π‘œπ‘ π›½)

𝐴

Dimana :EP: Energi Potensial yang dibuthkan pendulum m: Massa bandul / pendulum

g: Besar gravitasi

l: Lengan pendulum

sin 𝛼: Sudut awal start pendulum

cos 𝛽: Sudut yang dicapai pendulum setelah mematahkan sampel A: Luas spesimen diluar takik

Hasil Impact Strenght akan di analisa menggunakan ANOVA dengan bantuan Minitab 19 untuk mencari kontribusi dari masing faktor atau parameter yang berpengaruh terhadap hasil impact strenght

 Hasil dan Pembahasan

Setelah dilakukan pengelasan dengan mengacu pada tabel desain eksperimen didapatkan hasil pengelasan yang baik kemudian dilakukan pengujian impak untuk mencari nilai harga impak dari masing masing spesimen

Gambar 1.2 Spesimen sebelum pengujian impak

Gambar 1.3 Spesimen telah dilakukan pengujian impak

Untuk hasil perhitungan impact strength dapat dilihat pada tabel 1.2 berikut ini :

Hasil Pengujian Impak Dan Perhitungan Impact Strenght

No Spc Kedalaman Shoulder (AP) Kecepatan rotasi tool (RPM) Sudut kemiringan tool (TT) Kecepatan pengelasan (FEED) Tool Geometry (TG) EP(joule) Impact Strenght (π‘—π‘œπ‘’π‘™π‘’/π‘šπ‘š2)
1 0.05 765 2 24 Silinder 28,42075 0,710519
2 0.05 1208 2.5 43 Taper Silinder 23,93326 0,598332
3 0.05 1907 3 65 Hexagonal 5,983315 0,149583
4 0.05 3020 3.5 90 Taper Square 8,974973 0,224374
5 0.1 765 2.5 65 Taper Square 17,94995 0,448749
6 0.1 1208 2 90 Hexagonal 11,96663 0,299166
7 0.1 1907 3.5 24 Taper Silinder 14,95829 0,373957
8 0.1 3020 3 43 Silinder 11,96663 0,299166
9 0.15 765 3 90 Taper Silinder 19,44577 0,486144
10 0.15 1208 3.5 65 Silinder 8,974973 0,224374
11 0.15 1907 2 43 Taper Square 11,96663 0,299166
12 0.15 3020 2.5 24 Hexagonal 22,43743 0,560936
13 0.2 765 3.5 43 Hexagonal 13,46246 0,336561
14 0.2 1208 3 24 Taper Square 8,974973 0,224374
15 0.2 1907 2.5 90 Silinder 8,974973 0,224374
16 0.2 3020 2 65 Taper Silinder 2,991658 0,074791

Dari hasil perhitungan menggunakan rumusyang ada dapat diketahui bahwa Spesimen 1 memiliki harga impak tertinggi yaitu sebesar 0,71π‘—π‘œπ‘’π‘™π‘’/π‘šπ‘š2. Dan untuk rata2 harga impact dari ke-16 spesimen adalah 0,35 π‘—π‘œπ‘’π‘™π‘’/π‘šπ‘š2. Setelah dilakukan perhitungan harga impact kemudian data tersebut diolah menggunakan One Way ANOVA untuk mengetahui kontribusi dari masing masing faktor terhadap hasil pengujian impak. Kesimpulan hasil pengolahan

data yang dibantu menggunakan aplikasi Minitab 19 dapat dilihat pada gambar 1.4 berikut ini:

Gambar 1.4 Prosentasi Kontribusi Tiap Faktor Terhadap Impact Strenght

 Kesimpulan<bold id="_bold-31"/>

Pengelasan friction stir welding dapat dilakukan pada material AA 6005-T6 dengan menggunakan mesin frais dengan memvariasikan beberapa parameter dengan hasil baik dan mempunyai nilai harga impak yang berbeda dengan dibuktikaan dengan melakukan uji impak. Dari hasil tersebut harga impak tertinggi diperolah oleh spesimen 1 dengan variasi parameter kedalaman pengelasan 0,05 mm, putaran mesin 765 rpm, kecepatan pengelasan 24 mm/m, sudut kemirangan tool 2Β°, dan menggunakan tool dengan model pin silinder yang mendapat harga impak 0,71 π‘—π‘œπ‘’π‘™π‘’/π‘šπ‘š2 Dari paremeter yang digunakan pengelasan FSW pada mesin frais yang paling berperngaruh adalah faktor putaran mesin (RPM) yang berkontribusi sebesar 28,95%. Sedangkan faktor yang tidak berkontribusi adalah Tool Geometri (model pin) yang hanya menyumbangkan angka konribusi sebesar 3,56%.