Mahasiswa Program Doktor Teknik Mesin, Departemen Teknik Mesin dan Industri (DTMI) UGM, Pujono, S.T., M.Eng. telah melaksanakan ujian tertutup pada Kamis (23/01), bertempat di Ruang Sidang A3 DTMI UGM. Dosen Program Studi Teknik Mesin Politeknik Negeri Cilacap tersebut dinyatakan lulus sebagai Dr. Pujono dalam ujian tertutup terhadap disertasinya yang berjudul ”STUDI PERLAKUAN ROLLLING DAN TRANSIENT THERMAL TENSIONING (TTT) GUNA MEMINIMALKAN TEGANGAN SISA DAN LAJU PERAMBATAN RETAK FATIK LAS FRICTION STIR WELDING (FSW) ALUMINIUM PADUAN AA2024-T3”. Penguji dalam ujian tertutup ini adalah Prof. Budi Hartono sebagai Ketua Departemen, Prof. Mochammad Noer Ilman sebagai promotor, Prof. Kusmono sebagai kopromotor, Ir. Muhammad Waziz Wildan, Ph.D. sebagai penilai 1, Ir. Priyo Tri Iswanto, Ph.D. sebagai penilai 2, Ir. Muhammad Kusumawan Herliansyah, Ph.D. sebagai Sekretaris Program Studi, dan turut mengundang Prof. Winarto dari Teknik Mesin Universitas Indonesia sebagai penguji eksternal.
Disertasi dari Dr. Pujono berbicara tentang bahan utama untuk konstruksi pesawat terbang yang terbuat dari aluminium paduan seperti AA2024-T3, dengan karakter memiliki ketangguhan dan ketahanan terhadap perambatan retak lelah yang sangat baik dan banyak digunakan pada badan pesawat (fuselage). Di sisi lain, salah satu kelemahan AA2024-T3 adalah sifat mampu las rendah karena selalu terjadi retak pembekuan saat proses pengelasan berlangsung. Permasalahan ini dapat diatasi melalui pemakaian teknik pengelasan friction stir welding (FSW) karena proses pengelasan FSW berlangsung pada kondisi padat dan masukan panas (heat input) rendah sehingga mampu mencegah terjadinya retak panas, porositas dan distorsi. Namun pengelasan FSW memiliki beberapa kelemahan di antaranya sifat mekanis las relatif rendah dibanding logam induknya dan terjadinya tegangan sisa akibat panas lokal las. Adanya tegangan sisa las ini dapat menyebabkan penggetasan, penurunan ketahanan terhadapan perambatan retak lelah dan terjadinya peretakan peka lingkungan.
Pada penelitian ini, dilakukan pengelasan FSW aluminium AA2024-T3 dengan menambahkan perlakuan transient thermal tensioning (TTT) dan perlakuan mechanical tensioning berupa in situ rollling tensioning (ISRT). Penelitian ini bertujuan untuk mencari solusi dalam mengendalikan tegangan sisa dan pengaruhnya terhadap ketahanan laju perambatan retak lelah sambungan las FSW aluminium AA2024-T3 melalui pengembangan teknologi pengendalian tegangan sisa (stress relieving) dengan cara: (1) pemberian panas sekunder atau transient thermal tensioning (TTT) dan (2) pemberian roll penekan (rollling).
Penelitian pada tahap pertama berupa pengelasan FSW aluminium paduan AA2024-T3 dengan variasi kecepatan putaran tool yaitu 950 rpm, 1500 rpm dan 2280 rpm sedangkan kecepatan las konstan sebesar 30 mm/menit. Setelah mendapatkan putaran optimum, selanjutnya adalah pengelasan FSW dengan perlakuan TTT dengan suhu 200°C dan menempatkan heater di depan tool pada dua sisi las. Variabel yang diteliti pada perlakuan TTT ini adalah jarak heater. Selanjutnya, pengaruh perlakuan TTT terhadap struktur mikro dan sifat mekanis las seperti kekerasan, kekuatan tarik, tegangan sisa dan laju perambatan retak lelah dievaluasi. Penelitian tahap kedua adalah pengelasan FSW dengan perlakuan rolling menggunakan beban yaitu 500 kg dengan 2 jenis rolll yaitu rolll tunggal di belakang tool dan roll ganda di belakang tool dan di kedua sisi garis las. Variasi roll ganda berupa jarak pusat roll ke pusat las yaitu 17 mm dan 25 mm. Kondisi optimum perlakuan rolling ini telah diketahui dari hasil karakterisasi material yang meliputi struktur mikro dan struktur makro, kekerasan, kekuatan tarik, tegangan sisa, fraktografi SEM dan laju perambatan retak lelah. Hasil optimal dari hasil penelitian las FSW dengan penambahan perlakuan TTT dan hasil penelitian las FSW dengan penambahan perlakuan ISRT dilanjutkan pada penelitian tahap ketiga, yaitu pengelasan FSW dengan penambahan perlakuan kombinasi atau hybrid antara perlakuan TTT dan perlakuan ISRT.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai kekerasan di daerah NZ dan TMAZ meningkat seiring dengan meningkatnya kecepatan putaran tool. Sifat mekanik terbaik diperolleh pada putaran tool 1500 rpm dengan dihasilkan nilai kekuatan tarik las tertinggi (344,4 MPa), sedangkan kekuatan tarik terendah (268,9 xxiii MPa) diperoleh pada kecepatan putar tool 2280 rpm. Penambahan perlakuan transient thermal tensioning (TTT) dengan suhu pemanasan 200°C menyebabkan butiran pada daerah NZ menjadi halus karena proses rekristalisasi. Distribusi kekerasan menunjukkan profil berbentuk huruf W dengan puncak kekerasan terjadi pada bagian tengah las sedangkan nilai kekerasan terendah terjadi pada daerah HAZ yang berdekatan dengan TMAZ baik pada sisi advancing side (AS) maupun sisi retreating side (RS). Konsisten dengan profil kekerasan, lokasi patahan pada pengujian tarik untuk semua sambungan las terjadi di daerah HAZ dekat daerah TMAZ pada sisi maju atau advancing side (AS). Pengurangan tegangan sisa yang terbaik terjadi pada spesimen las FSW dengan penambahan perlakuan TTT dengan suhu pemanas 200°C dan dengan jarak pemanas 25 mm dari garis tengah las. Perlakuan TTT dengan suhu pemanas 200°C mengurangi laju perambatan retak fatik pada sambungan FSW dengan performa fatik terbaik diperoleh pada jarak heater 25 mm. Penerapan perlakuan ISRT roller tunggal secara efektif menghaluskan butiran di daerah NZ, sedangkan pada perlakuan ISRT roll ganda, kehalusan butiran berkurang. Penerapan ISRT meningkatkan kekerasan pada bagian tengah NZ dengan ISRT roller tunggal menghasilkan kekerasan yang lebih tinggi dibandingkan ISRT ganda, dibandingkan dengan ISRT roller ganda, ISRT roller tunggal lebih efektif dalam meminimalkan tegangan sisa karena tegangan termal yang lebih tinggi dan terjadinya penghalusan butiran di daerah NZ. Namun, dalam hal meminimalisasi distorsi, ISRT roller ganda lebih baik daripada ISRT roller tunggal. Laju pertumbuhan retak fatik pada perlakuan ISRT berkurang yang disebabkan oleh tegangan sisa yang rendah, struktur mikro butiran halus terutama pada permukaan atas daerah NZ. Penambahan perlakuan hybrid TTT dan ISRT menghasilkan distribusi nilai kekerasan pada penampang melintang pada setiap spesimen menghasilkan profil berbentuk huruf “W”. Nilai kekuatan tarik tertinggi diperoleh pada spesimen hybrid 800TTT yaitu sebesar 297,9 MPa. Peningkatan kekuatan tarik ini terjadi karena pengaruh dari penambahan perlakuan hybrid in situ rolling dan TTT membentuk butiran struktur mikro yang lebih halus. Perlakuan kombinasi pengerolan in situ rolling dan TTT menghasilkan sifat mekanik paling tinggi di antara yang spesimen lain. Jumlah siklus hasil pengujian fatik untuk spesimen las konvensional adalah 307.205 siklus, sedangkan spesimen hybrid 800TTT adalah 1.334.950 siklus, terjadi peningkatan jumlah siklus 4,3 kali lebih tinggi. Peningkatan jumlah siklus juga terjadi pada spesimen TTT yaitu 700.470 siklus dan spesimen S800 yaitu 901.055 siklus. Hal ini menunjukkan bahwa penambahan perlakuan TTT, in situ rolling maupun hybrid (TTT dan ISRT) memberikan pengaruh terhadap peningkatan ketahanan perambatan retak fatik hasil las FSW. Penambahan perlakuan ini mampu mengubah nilai tegangan sisa pada nugget zone. Tegangan sisa di nugget zone untuk spesimen las konvensional berupa tegangan sisa tarik sedangkan dengan penambahan perlakuan TTT, in situ rolling dan hybrid (TTT dan ISRT) mampu mengubah tegangan sisa tarik pada nugget zone menjadi tegangan sisa tekan. Distribusi tegangan sisa ini membentuk profil dengan bentuk huruf M.
Kontributor: Sani Wicaksono, S.E., M.M.
Editor: Gusti Purbo Darpitojati, S.I.Kom.