22

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Waktu Dan Tempat

1. Tempat proses pengerjaan pengelasan Aluminium 6061-T6 dikerjakan di

workshop pengelasan divisi metal working PT.INKA (Industri Kereta Api)

Jl. Yos Sudarso No.71, Madiun Lor, Kec. Manguharjo, Kota Madiun,

Jawa Timur.

2. Preparasi, Perlakuan panas PWHT (Post Weld Heat Treatment),

Pendinginan (Quenching) dan pengujian kekerasan (Vickers Hardness)

serta pengamatan struktur mikro dilakukan di laboratorium terpadu Teknik

Mesin Universitas Muhammadiyah Ponorogo Jl. Budi Utomo No.10,

Ronowijayan, Kec. Siman, Kabupaten Ponorogo, Jawa Timur 63471.

3.2 Alat Dan Bahan

Adapun alat-alat yang digunakan dalam penelitian tugas akhir ini adalah

sebagai berikut:

1. Mesin las GMAW (Gas Metal Arc Welding), digunakan untuk proses

penyambungan pada pengelasan Aluminium 6061-T6.

2. Mesin Frais, dalam penelitian ini mesin frais digunakan untuk

mengerjakan pembuatan spesimen sesuai standart pengujian yang

digunakan.

3. Mesin Cutting, digunakan untuk memotong benda kerja Aluminium 6061-

T6 sebagai spesimen uji pada penelitian ini.

4. Mesin Uji kekerasan Merk Beijing TIME High Technologi Ltd HVS-

1000Z. ditunjukkan pada gambar 3.6, Alat ini digunakan untuk pengujian

spesimen serta untuk dapat mengetahui nilai kekerasan (HV) Aluminium

6061-T6.

5. Microskop Optik Merk Euromex IM.2153-PLM. ditunjukkan pada gambar

3.7, Alat ini digunakan untuk mengamati perbahan struktur pada spesimen

berupa foto mikro.

23

6. Mesin Amplas (Grinding) dengan ukuran 100, 500, 1000, 2000, berfungsi

untuk menghaluskan permukana benda uji setelah pengerjaan pemotongan

maupun preparasi sebelum ke pengujian.

7. Tungku Pemanas elektrik (Furnance Electric), digunakan untuk proses

perlakuan panas PWHT (Post Weld Heat Treatment) sebelum dilakukan

tahap pendinginan (Quenching).

8. Alat Pendukung, digunakan untuk membantu dalam pengujian,

mengerjakan proses pembuatan spesimen, dan pengelasan spesimen uji,

misalnya amplas, kaca mata pelindung, sarung tangan, sikat kawat baja,

kuas kecil, termometer infra red, wadah untuk media pendingin, kamera

untuk dokumentasi saat proses sebelum dan sesudan pengujian.

Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian tugas akhir ini

adalah sebagai berikut:

1. Dalam penelitian tugas akhir ini Aluminium 6061 atau paduan Al-Mg-Si

digunakan sebagai material utama untuk spesimen pengujian, komposisi

kimia Aluminium 6001 disajikan pada tabel 3.1.

2. Elektroda dalam pengelasan ini menggunakan seri ER5356 dengan ∅ 1.2

mm, komposisi kimia dari elektroda tersebut disajikan pada tabel 3.1.

3. Cairan Minyak Rem (Brake Fluid) DOT3, Air Mineral, Pasir digunakan

sebagai media pendingin (Quenching). Digunakan untuk mendinginkan

spesimen uji setelah dilakukan proses PWHT atau memberi perlakuan

panas pada material, karena dari segi seri Aluminium yang digunakan

memiliki sifat Heat-Treatable.

4. Larutan etsa berupa HF (Hidrogen Fluorida), HCL (asam klorida), HN𝑂3

(asam nitrat), Aquades dan Autosol yang akan bereaksi dan melarutkan

bagian-bagian tertentu.

3.3 Tahap Dan Prosedur Pengelasan

3.3.1 Persiapan Pengelasan

1. Pemilihan material.

2. Pemilihan elektroda.

24

3. Pemilihan sambungan pengelasan.

4. Pemilihan arus, voltase dan laju aliran gas pelindung.

5. Pembuatan kampuh.

3.3.2 Prosedur Pengelasan

Dalam penelitian ini, menggunakan metode pengelasan GMAW (Gas

Metal Arc Welding) MIG (Metal Inert Gas), pada proses pengelasan ini akan

dilaksanakan di workshop metal working di PT.INKA Madiun, menggunakan

material Aluminium 6061. Adapun beberapa prosedur diantaranya:

1. Mempersiapkan lembaran plat Alumunium 6061 dengan dimensi ukuran

panjang 200 mm x lebar 200 mm x ketebalan 6 mm sebanyak 1 lembar.

2. Mempersiapkan mesin las GMAW-MIG yang digunakan untuk proses

pengelasan material Aluminium.

3. Mempersiapkan cekam atau penjepit plat sebelum dilakukan pengelasan,

bertujuan untuk tidak menyebabkan terjadinya deformasi atau perubahan

bentuk oleh panas yang berlebih yang ditimbulkan oleh proses pengelasan

berlangsung.

4. Mempersiapkan elektroda (Filler Metal) AWS ER 5356 ∅ 1.2 mm.

5. Mengatur arus sesuai yang digunakan dalam penelitian ini yakni 130 A.

6. Mengatur laju aliran gas (Gas Flow Rate) 25 L/menit.

7. Mengatur Voltase yakni menggunakan 20 V.

8. Proses penyambungan material dalam pengelasan ini menggunakan

sambungan tumpul (Butt Joint) dan

9. Menggunakan kampuhdalam pengelasan dengan tipe V tunggal 60º

ditunjukkan pada gambar 3.1.

10. Proses pengelasan dilakukan dengan menggunakan posisi 1G (Flat).

3.4 Prosedur Pembuatan Spesimen Uji

3.4.1 Pengambilan Spesimen Uji

Sebelum dilakukan proses pengujian, material sesudah dilakukan

pengerjaan pengelasan akan dilakukan pemotongan untuk mengambil beberapa

sampel uji. Pemotongan sampel uji dapat dilihat pada gambar 3.1 sebagai berikut:

25

Gambar :3.1 Pengambilan Spesimen Uji

3.4.2 Spesimen Pengujian Kekerasan

Pada penelitian ini standar uji yang digunakan merujuk pada standar uji

kekerasan (Vickers Hardness) ASTM E92-82, proses pengerjaan spesimen dan

pengujian dilaksanakan di laboratorium terpadu Teknik Mesin Universitas

Muhammadiyah Ponorogo. Adapun prosedur pembuatan spesimen sebagai

berikut:

1. Data jumlah sampel untuk pengujian kekerasan ditunjukkan pada tabel 3.2

2. Data ukuran spesimen uji kekerasan mengacu pada standar ASTM E92-82

ditunjukkan pada gambar 3.2.

26

3. Langkah pembuatan serta pengambilan sampel bahan uji kekerasan

dilakukan setelah proses pengelasan atau penyambungan selesai seperti

yang ditunjukkan pada gambar 3.1.

4. Pengerjaan pertama, mempersiapkan plat Aluminium 6061 yang sudah

dilakukan proses penyambungan pengelasan.

5. Pengerjaan kedua, pengerjaan pemotongan plat Aluminium 6061 sesuai

ukuran dan pembagian sampel bahan pengujian sebagaimana pada gambar

3.1.

6. Pengerjaan ketiga, finishing plat yang sudah dilakukan pengerjaan

pemotongan bertujuan untuk memperhalus dan merapikan bagian yang

sesudah dipotong.

3.4.3 Spesimen Pengujian Foto Mikro

Proses pengerjaan spesimen uji mikrografi dilaksanakan di lab Teknik

Mesin Universitas Muhammadiyah Ponorogo. Adapun prosedur pembuatan

spesimen sebagai berikut:

1. Data jumlah sampel pengujian foto mikro ditunjukkan pada tabel 3.2.

2. Data ukuran spesimen foto mikro serta proses etsa mengacu pada standar

ASTM 407-17.

3. Langkah pembuatan spesimen uji foto mikro dilakukan setelah proses

pengelasan dilakukan.

4. Pemotongan dilakukan pada lembaran spesimen Aluminium 6061 dengan

memotong dari 3 bagian daerah logam las yaitu diantara weld metal, HAZ

dan base metal.

5. Pengerjaan selanjutnya finishing untuk merapikan bekas dari proses

pemotongan.

6. Melakukan preparasi grinding menggunakan amplas.

7. Melakukan pengetsaan sebelum proses pengujian atau pengamatan foto

mikro.

27

3.5 Perlakuan panas PWHT (Post Weld Heat Treatment)

(a) (b)

Gambar :3.2 (a) Proses (PWHT) pada Furnance, (b) Waktu Tunggu 1 jam

Pada perlakuan panas PWHT seperti pada gambar 3.2, material yang

sudah dilakukan proses pengelasan dan proses pengerjaan pemotongan sesuai

standar uji ASTM E92-82, spesimen Aluminium 6061-T6 dilakukan proses

perlakuan panas PWHT (Post Weld Heat Treatment) bertujuan untuk

memperbaiki sifat mekanis dan sturktur mikro serta mengurangi tegangan sisa

dari hasil pengelasan, karena sifat dari Aluminium 6061-T6 ini sangat mampu

untuk diberi perlakuan panas (Heat-Treatable). Dengan mengunakan suhu pada

furnance elektrik dengan temperatur 450ºC selama waktu penahanan (Holding

Time) 1 jam, adapun beberapa prosedur-prosedur diantarannya:

1. Langkah pertama, mempersiapkan 6 sampel spesimen uji Aluminium 6061

yang sudah di potong sesuai dimensi ukuran pengujian kekerasan dan

struktur mikro.

2. Langkah kedua, mempersiapkan tungku pemanas elektrik (Furnance

Electric) untuk proses dilakukannnya perlakuan panas pada spesimen.

3. Langkah ketiga, menyalakan dapur pemanas elektrik dan menyetel suhu

yang telah ditentukan pada temperatur 450ºC.

28

4. Langkah keempat, memasukkan spesimen ke dalam ruang dapur pemanas

elektrik tersebut.

5. Langkah kelima, menyetel waktu tahan pemanasan pada tungku elektrik

dengan waktu tahan selama 1 jam.

6. Langkah keenam, setelah penahanan waktu 1 jam dengan suhu 450ºC,

proses dilakukannya pencelupan atau pendinginan (Quenching) secara

kejut dengan variasi media pendingin Air Mineral, Cairan Minyak Rem

DOT3 dan Pasir.

3.6 Pendinginan (Quenching)

(a) (b) (c)

Gambar :3.3 (a) Quenching Mengunakan Cairan Minyak Rem DOT3, (b)

Quenching Menggunakan Air Mineral, (c) Quenching Menggunakan Pasir

Pada penelitian ini proses pendinginan (Quenching) sangat berkaitan erat

dengan proses pemanasan yang sebelumnya dilakukan, sebagaimana proses

Quenching dapat dilihat pada gambar 3.3 seperti diatas. dari proses pencelupan

kedalam media pendingin yang mengunakan 3 variasi yaitu Air Mineral, Cairan

Minyak Rem DOT3 dan Pasir, adapun beberapa prosedur dalam proses

pendinginan sebagaimana berikut ini:

1. Mempersiapkan variasi 3 media pendingin, Air Mineral, Cairan Minyak

Rem DOT3 dan Pasir.

29

2. Mempersiapkan 6 sampel spesimen yang sebelumnya diberi perlakuan

panas sebelum di lakukan proses pendinginan (Quenching) secara kejut

atau tiba-tiba.

3. Meyiapkan wadah untuk menuangkan pasir serta cairan pendingin yang

lain.

4. Mempersiapkan alat pengukur suhu berupa termometer gun infrared.

5. Mengambil spesimen dari dapur pemanas elektrik.

6. Kemudian, proses pencelupan spesimen secara kejut atau tiba-tiba

dilakukan ke dalam masing-masing variasi media pendingin ditunjukkan

pada gambar 3.2.

7. Proses pencelupan ke dalam media pendingin (Quenching) dilakukan

sampai spesimen atau material benar-benar dingin hingga mencapai suhu

normal ruang (20ºC-25ºC).

3.7 Komposisi Kimia

Adapun data komposisi kimia dari Aluminium 6061 dan Filler metal

ER5356 ditunjukkan pada tabel 3.1 dibawah ini:

Tabel 3.1 Komposisi kimia Aluminium 6061 & Filler Metal

Numerical

Chemical Composition (%)

Al Si Fe Ce Mn Mg Cr Zn Ti Cu Be

AL 6061-T6 95,85-

98,56

0,4-

08 0,7

0,15-

0,40 0,15

0,8-

1,2

0,04-

0,35 0,25 0,15

ER 5356 Balance 0,25 0,4 0,05-

0,20

4,5-

5,5

0,05-

0,20 0,1

0,06-

0,20 0,1 0,0003

Sumber :(AWS A5.10, 2012)

3.8 Jumlah Spesimen

Adapun data jumlah spesimen uji dalam penelitian tugas akhir ini

ditunjukkan pada tabel 3.2 sebagai berikut:

30

Tabel 3.2 Data Jumlah Spesimen

No. Jenis Pengujian Variasi Media Pendingin (Quenching)

Non-PWHT

Jumlah Spesimen Air Mineral

Minyak Rem DOT3

Pasir

1 Vickers Hardness 1 1 1 1 4

2 Micro Structure 1 1 1 1 4

Total 8

3.9 Sambungan Pengelasan

Dalam penelitian ini, material aluminium 6061-T6 dengan ukuran 200 mm

x 200 mm x 6 mm sebanyak 1 lembar, dalam proses pengelasan material

menggunakan tipe sambungan tumpul (Butt Joint) dan kampuh sambungan V

tunggal 60º, ditunjukkan pada gambar 3.4:

Gambar :3.4 Bentuk Kampuh Pengelasan V tunggal 60º

31

Keterangan:

- Bentuk Kampuh : Single V Groveweld

- Tipe Sambungan : Butt joint

- Tebal Logam Induk : 6 mm

- Root Opening : 2 mm

- Root Face : 1 mm

- Grove Angle : 60º

3.10 Dimensi Spesimen Kekerasan

Dilihat pada gambar 3.5 pengujian kekerasan pada pengelasan dilakukan

pada tiga bagian yaitu daeran logam las (Weld Metal), HAZ (Heat Effected Zone)

dan Logam Induk (Base Metal). Pengujian kekerasan dilakukan yang mengacu

pada standar ASTM E92-82.

Gambar :3.5 Spesimen Kekerasan Pada Daerah Las

Keterangan:

- Thickness (T) : 6 mm

- Overall Lenght (L) : 50 mm

- Indentor Vickers : Diamond

- Eangle Diamond : 360ᵒ

- Beban penekanan (P) : 2.942 N

- Space Indentor : 1.0 mm

- Penekanan : 9 titik

- Waktu Penekanan : 10 detik

32

3.11 Proses Pengambilan Data

3.11.1 Pengujian Kekerasan (Harness Vickers)

Gambar :3.6 Alat Uji Kekerasan Vickers Beijing Time High Technologi Ltd. Tipe

HVS-1000Z

Pengujian kekerasan ini menggunakan alat uji mikro vickers seperti pada

gambar 3.6 diatas, bertujuan untuk mengetahui dari sifat mekanis kekerasan pada

material meliputi daerah kekerasan weld metal, HAZ dan base metal pada

spesimen Aluminium 6061. Adapun prosedur-prosedur sebagaimana berikut:

1. Mempersiapkan spesimen uji masing-masing 4 sebagaimana pada tabel

3.2 dari spesimen yang di PWHT dan non-PWHT yakni dari ketiga variasi

media pendingin tersebut.

2. Langkah selanjutnya membersihkan sampel spesimen uji dari kerak

maupun kotoran yang menempel.

3. Melakukan preparasi spesimen sampel uji seusai standar ASTM 407-17

sebelelum dilakukan penekanan kekerasan.

4. Melakukan penyetelan pembebanan sebesar 2.942 N pada mesin pengujian

kekerasan.

5. Mempersiapkan pemasangan spesimen pada tatakan optik mesin Vickers

Hardness.

33

6. Menghidupkan mesin pengujian kekerasan dan mesin pencatat dari output

pengujian tersebut.

7. Memulai untuk pengujian kekerasan, dengan waktu penekanan 10 detik

dari setiap titik indentasi dengan spasi 1.5 dari masing-masing indentasi

sebanyak 9 penekanan.

8. Melakukan pengamatan diagonal serta nilai dari kekerasan HV yang

dihasilkan dari uji kekerasan tersebut, serta mengambil data dari setiap

fenomena atau perubahan nilai kekerasan.

3.11.2 Pengamatan Struktur Mikro

Gambar :3.7 Alat Pengujian Mikrostruktur Euromex Tipe IM.2135-PLM

Struktur mikro merupakan butiran-butiran suatu benda logam yang sangat

kecil dan tidak dapat dilihat dengan kasat mata, sehingga perlu menggunakan

bantuan alat mikroskop optik seperti pada gambar 3.7 diatas atau elektron untuk

dilakukannya pemeriksaan butiran struktur butir logam tersebut. Uji struktur

mikro bertujuan untuk mengetahui dan membedakan struktur mikro antara logam

induk (Base Metal), logam las (Weld Metal), dan HAZ (Heat Affected Zone) yang

telah diberikan proses perlakuan panas PWHT dan non-PWHT serta perlakuan

pendinginan. Adapun tahapan prosedur sebagai berikut:

1. Spesimen sesudah disiapkan dilakukan preparasi metalografi serta yang

mengacu pada ASTM 407-17.

34

2. kemudian penghalusan permukaan dengan mesin grinding amplas untuk

mendapatkan specimen halus dan rata, bebas dari kotoran, tidak

berminyak dan mengkilap sehingga dapat meningkatkan kualitas hasil

pemotretan mikrografi yang baik.

3. Permukaan specimen yang akan diamati harus bersih, kering, dan telah

mengalami proses pemolesan (polishing) dengan autosol.

4. Melakukan etsa sesuai ASTM 407-17 dengan menggunakan, 3ml HCL,

2ml HF, 5ml HNO3 dan 190ml Aquades masing-masing dengan

pencelupan kedalam cairan etsa selama 20 detik. Dilakukan etsa di area

permukaan benda uji berguna untuk membersihkan dari sisa–sisa polisher

pada saat pemolesan yang dilakukan dengat teliti dan hati-hati,

dikarenakan material alumunium sangat mudah akan terkena goresan.

Selain itu juga untuk memunculkan batas butiran permukaan benda uji

yang akan diamati.

5. Melakukan pemasangan spesimen pada tatakan mikroskop optik.

6. Pengamatan struktur pada setiap bagian dengan jarak zoom 500x

pembesaran.

7. Pemotretan dilakukan dengan menggunakan perbesaran untuk mengetahui

perubahan struktur pada sampel dari 3 bagian meliputi weld metal, haz dan

base metal.

8. Hasil pemotretan berupa foto mikrografi.

3.12 Diagram Alir Penelitian

Diagram alir keseluruhan dalam penelitian ini, ditunjukkan pada flow

chart seperti pada gambar 3.8 sebagai berikut:

35

Gambar :3.8 Urutan Flow Chart Diagram Alur

Mulai

Studi Literatur

Persiapan Bahan

Proses Pengelasan

Pembuatan Spesimen

Perlakuan Panas

PWHT (Post Weld Heat Treatment)

Temperature : 450°C

Holding Time : 1 Jam

Non PWHT

Pendinginan

(Quenching)

Air Mineral Minyak Rem DOT 3 Pasir

Pengujian Spesimen

Pengujian Kekerasan Struktur Mikro

Pembahasan

Kesimpulan dan Saran

Selesai