PENGARUH VARIASI TOOL TILT ANGLE DAN TOOL ROTATIONAL … · Pemodelan dilakukan untuk mengurangi...

PENGARUH VARIASI TOOL TILT ANGLE DAN TOOL

ROTATIONAL SPEED TERHADAP DISTRIBUSI

TEMPERATUR PADA FRICTION STIR WELDING DENGAN

PEMODELAN ANSYS CFX

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh:

FAHRY ADHANI

NIM I0411018

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2017

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS TUGAS AKHIR

Saya mahasiswa Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS yang

bertanda tangan dibawah ini :

Nama

: Fahry Adhani

NIM

: I0411018

Judul Tugas Akhir

: Pengaruh Variasi Tool Tilt Angle dan Tool Rotational

Speed Terhadap Distibusi Temperatur Pada Friction Stir

Welding Dengan Pemodelan ANSYS CFX

Dengan ini saya menyatakan bahwa tugas akhir atau skripsi yang saya susun tidak

mencontoh atau melakukan plagiat dari karya tulis orang lain. Jika terbukti tugas

akhir yang saya susun tersebut merupakan hasil dari plagiat dari karya orang lain

maka tugas akhir yang saya susun tersebut dinyatakan batal dan gelar sarjana yang

saya peroleh dengan sendirinya dibatalkan atau dicabut.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya dan apabila dikemudian

hari terbukti melakukan kebohongan maka saya sanggup menanggung segala

konsekuensinya.

Surakarta, 27 Juli 2017

Fahry Adhani

I0411018

HALAMAN DAFTAR DISEMINASI

Saya mahasiswa Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS yang

bertanda tangan dibawah ini :

Nama : Fahry Adhani

NIM : I0411018

Judul Tugas Akhir : Pengaruh Variasi Tool Tilt Angle dan Tool Rotational

Speed Terhadap Distibusi Temperatur Pada Friction Stir

Welding Dengan Pemodelan ANSYS CFX

Telah melaksanakan seminar hasil tugas akhir pada hari kamis tanggal 13 Juli

2017 dan ujian akhir pendadaran pada hari kamis tanggal 27 Juli 2017. Sebagai

bukti terlampir daftar hadir seminar hasil tugas hadir.


Fahry Adhani

I0411018

PENGARUH VARIASI TOOL TILT ANGLE DAN TOOL ROTATIONAL

SPEED TERHADAP DISTRIBUSI TEMPERATUR PADA FRICTION STIR

WELDING DENGAN PEMODELAN ANSYS CFX

Fahry Adhani

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta,

Indonesia

[email protected]

Abstrak

Paramater pengelasan dalam Friction Stir Welding seperti tool tilt angle dan tool

rotational speed sangat berpengaruh terhadap kualitas parameter pengelasan. Pemodelan dilakukan untuk mengurangi jumlah eksperimen yang dilakukan, juga

untuk mendapatkan data distribusi temperatur yang lebih akurat dan menekan biaya

proses eksperimen. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh tool tilt angle dan tool rotational speed terhadap distribusi temperatur pada pemodelan FSW

menggunakan software ANSYS CFX. Material yang digunakan pada tool adalah steel

BOHLER K100, dan pada workpiece adalah Alumunium Aloy 2024. Variasi tool tilt angle yang digunakan pada penelitian ini adalah 1° hingga 4° dengan interval 1°,

sedangkan untuk tool rotational speed menggunakan variasi 1100, 1200, dan 1300

rpm. Pada tiap variasi didapatkan temperatur pada sisi advance selalu lebih tinggi dari

pada sisi retreat. Tool tilt angle berpengaruh terhadap distribusi temperatur ditunjukkan dari lebih besarnya peningkatan distribusi temperatur pada variasi sudut

kemiringan tool 3° dan 4° dibandingkan variasi kemiringan 1° dan 2°. Distribusi

temperatur pada posisi awal akan meningkat seiring peningkatan kecepatan rotasi. Pada posisi tengah perbedaan besar peningkatan temperatur mengakibatkan

temperatur akhir yang hampir sama pada ketiga variasi. Pada posisi akhir variasi

kecepatan rotasi paling kecil memiliki temperatur yang lebih besar.

Kata kunci: Friction Stir Welding; Distribusi Temperatur; ANSYS CFX; AA2024; BOHLER K100; Sudut Kemiringan; Kecepatan Rotasi;

viii

EFFECT OF TOOL TILT ANGLE AND TOOL ROTATIONAL SPEED ON

TEMPERATURE DISTRIBUTION IN FRICTION STIR WELDING WITH

ANSYS CFX MODELING

Fahry Adhani

Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, Sebelas Maret

University, Surakarta, Indonesia

[email protected]

Abstract

Welding parameter, in Friction Stir Welding such as tool tilt angle and tool

rotational speed had a great influence on the quality of welding parameter. Modeling had been used to reduce the number of experimental trials, and also to obtain more

accurate temperature distribution data and to reduce the cost of the experimental

process. This study aimed to determine the effect of tool tilt angle and tool rotational speed on temperature distribution in FSW modeling using ANSYS CFX software.

The material used was steel BOHLER K100 for the tool, and Alumunium Aloy 2024

for the workpiece. At each variation, the temperature on the advance side was always higher than the retreat side. The tool tilt angle had an effect on the temperature

distribution as indicated by the greater temperature distribution in the 3° and 4° angle

variations compared to the 1° and 2° angle variations. Temperature distribution at the

starting position will increase as the rotation speed increases. In the middle position a large difference in temperature increase results in nearly the same final temperature in

all three variations. At the end position the variation of the least rotation speed has a

larger temperature.

Keywords: Friction Stir Welding; Temperature Distribution; ANSYS CFX; AA2024; BOHLER K100; Tool Tilt Angle; Tool Rotational Speed;

ix

KATA PENGANTAR

Dengan menyebut nama Allah Yang Maha Pengasih lagi Maha Pemurah.

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah Yang Maha Besar, karena

berkat limpahan rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyusun dan menyelesaikan

laporan Skripsi ini dengan baik.

Skripsi ini disusun guna memenuhi persyaratan untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta

Dalam penyelesaian Skripsi ini tidak mungkin dapat terselesaikan tanpa

bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh

karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan

Skripsi ini, terutama kepada:

1. Allah SWT yang telah memberikan kuasa, rahmat, berkah dan hidayah-Nya.

2. Ayah, Ibu dan seluruh keluarga penulis yang selalu mencurahkan segala doa,

daya dan kemampuannya untuk penulis sehingga penulis mampu menjadi

seperti sekarang ini.

3. Bapak Dominicus Danardono selaku Dosen Pembimbing I yang selalu

memberikan dukungan yang begitu banyak dan memberikan solusi ketika

penulis mendapatkan kesulitan.

4. Bapak Nurul Muhayat selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan

saran, solusi dan bersedia membantu dalam penyusunan laporan ini.

5. Bapak Bambang Kusharjanta selaku dosen Teknik Mesin yang telah

memberikan arahan dan ilmu tentang Friction Stir Welding.

6. Bapak Lulus Lambang, dan Bapak Triyono selaku dewan penguji yang telah

memberikan saran dan kritik yang membangun. Terima kasih banyak atas

segala masukan dan kritik yang diberikan kepada penulis.

x

7. Semua keluarga Di Blitar yang telah memberikan doa dan dorongan semangat

baik moral maupun materil kepada penulis selama pengerjaan Skripsi ini.

8. Saudara Fadillah Ardhi dan Oky Prasetya yang telah membantu dan sebagai

rekan seperjuangan dalam pengerjaan Skripsi ini.

9. Seluruh rekan Teknik Mesin khususnya angkatan 2011 yang telah memberi

semangat untuk menyelesaikan skripsi ini.

10. Rekan Keluarga Mahasiswa Teknik Mesin (KMTM) dan Sentra Kegiatan

Islam (SKI) FT yang telah banyak memberikan kemampuan berorganisasi dan

interaksi sosial.

11. Seluruh pihak yang secara langsung maupun tidak langsung yang telah

memberikan bantuan dan dukungannya dalam pembuatan laporan ini yang

tidak bisa penulis sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini masih jauh dari kata

sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran serta kritik yang dapat

membangun laporan ini agar menjadi lebih baik.

Akhir kata semoga laporan ini dapat memberikan manfaat dan berguna bagi

kita semua. Amin.


Penulis

xi

DAFTAR ISI

ABSTRAK ................................................................................................................. viii

ABSTRACT................................................................................................................... ix

KATA PENGANTAR .................................................................................................. x

DAFTAR ISI............................................................................................................... xii

DAFTAR TABEL ...................................................................................................... xiv

DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. xv

DAFTAR RUMUS .................................................................................................. xviii

DAFTAR NOTASI ................................................................................................... xix

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................... xx

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................. 1

1.1. Latar Belakang Masalah ................................................................................. 1

1.2. Perumusan Masalah ........................................................................................ 3

1.3. Batasan Masalah ............................................................................................. 3

1.4. Tujuan Penelitian ............................................................................................ 3

1.5. Manfaat Penelitian .......................................................................................... 4

1.6. Sistematika Penulisan ..................................................................................... 4

BAB II LANDASAN TEORI ...................................................................................... 5

2.1. Tinjauan Pustaka ............................................................................................. 5

2.2. Dasar Teori.................................................................................................... 12

BAB III METODOLOGI PENELITIAN.................................................................... 17

3.1. Lokasi Penelitian........................................................................................... 17

3.2. Alat Penelitian.......................................................................................... ..... 17

3.3. Meotodologi Penelitian ................................................................................. 17

3.1.1 Parameter Pemodelan FSW............................................................... 17

3.1.2 Geometri Workpiece.......................................................................... 18

3.1.3 Geometri Tool ................................................................................... 18

3.1.4 Meshing ............................................................................................. 19

3.1.5 Kondisi Batas .................................................................................... 21

3.1.6 Metode Pengambilan Data ................................................................ 22

3.4. Validasi Data................................................................................................. 23

3.5. Diagram Alir Penelitian ................................................................................ 26

xii

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................... 27

4.1. Data Hasil Pemodelan FSW.......................................................................... 27

4.1.1 Data variasi sudut kemiringan 1° dan kecepatan rotasi 1100 rpm .... 27

4.1.2 Data variasi sudut kemiringan 1° dan kecepatan rotasi 1200 rpm ... 29











4.2. Pembahasan Perbandingan Simulasi Variasi Sudut Kemiringan Tool ........ 48

4.3. Pembahasan Perbandingan Simulasi Variasi Kecepatan Rotasi Tool........... 53

BAB V PENUTUP...................................................................................................... 57

5.1. Kesimpulan .................................................................................................. 57

5.2. Saran ............................................................................................................. 57

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................. 58

LAMPIRAN ................................................................................................................ 61

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1. Data Properti Material AA 2024 ........................................................................ 18

Tabel 3.2. Data Properti Material BOHLER K100 ........................................................... 19

Tabel 3.3. Urutan pengambilan data ..................................................................................... 22

Tabel 3.4. Perbandingan pengukuran temperatur antara penelitian dengan Ansys ... 24

Tabel 4.1. Luas permukaan contact antara tool dan workpiece pada variasi sudut

kemiringan tool ...................................................................................................... 52

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Struktur makro aluminium alloy AA2024 pada welding speed konstan

75 mm/min dengan variasi rotational speed ................................................5

Gambar 2.2. Struktur makro aluminium alloy AA2024 pada rotational speed

konstan 1200 rpm dengan variasi welding speed ........................................6

Gambar 2.3. Tampak atas permukaan hasil pengelasan.....................................................7

Gambar 2.4. Struktur mikro aluminium alloy AA2014 pada tilt angle 0o hingga

dengam 3o

.............................................................................................................7

Gambar 2.5. Cacat hasil lasan aluminium alloy AA2014 pada tilt angle 0o hingga

dengam 3o

.............................................................................................................8

Gambar 2.6. Grafik kenaikan suhu pengelasan fungsi sudut kemiringan tool pada

sisi advance ..........................................................................................................9

Gambar 2.7. Grafik kenaikan suhu pengelasan fungsi sudut kemiringan tool pada

sisi retreat .............................................................................................................9

Gambar 2.8. Gambar permukan dan lubang keluaran hasil pengelasan ...................... 10

Gambar 2.9. Gambar pengamatan mikro ............................................................................ 11

Gambar 2.10. Gambar pengamatan makro ........................................................................... 11

Gambar 2.11. Skema FSW ....................................................................................................... 13

Gambar 2.12. Proses pengelasan FSW .................................................................................. 14

Gambar 2.13. Skema distribusi temperatur pada proses FSW ......................................... 15

Gambar 2.14. Skema perpindahan panas .............................................................................. 15

Gambar 3.1. Geometri workpiece ......................................................................................... 18

Gambar 3.2. Geometri tool .................................................................................................... 19

Gambar 3.3. Pemodelan meshing FSW .............................................................................. 20

Gambar 3.4. Skala kualitas mesh berdasarkan skewness ................................................ 20

Gambar 3.5. Domain pemodelan FSW dengan ANSYS CFX ...................................... 21

Gambar 3.6. Titik pengambilan data distribusi temperatur ............................................ 22

Gambar 3.7. Geometri workpiece, (b) Geometri tool ...................................................... 23

Gambar 3.8. Kondisi batas pada Ansys CFX .................................................................... 24

Gambar 3.9. Grafik perbandingan data distribusi temperatur antara Su dkk (2014)

dengan Ansys .................................................................................................... 25

Gambar 3.10. Diagram alir penelitian .................................................................................... 26

xv

Gambar 4.1. Grafik distribusi temperatur variasi sudut kemiringan 1° dan kecepatan

rotasi 1100 rpm ................................................................................... 27

Gambar 4.2. Kontur distribusi temperatur variasi sudut kemiringan 1° dan

kecepatan rotasi 1100 rpm .................................................................. 27


rotasi 1200 rpm ................................................................................... 29




rotasi 1300 rpm ................................................................................... 31




rotasi 1100 rpm ................................................................................ ... 33




rotasi 1200 rpm ................................................................................... 34




rotasi 1300 rpm ................................................................................... 36




rotasi 1100 rpm ................................................................................... 37




rotasi 1200 rpm ................................................................................... 39




rotasi 1300 rpm ................................................................................... 41



xvi


rotasi 1100 rpm ................................................................................... 43




rotasi 1200 rpm ................................................................................... 44




rotasi 1300 rpm ................................................................................... 46



Gambar 4.25. Grafik distribusi temperatur permodelan FSW dengan variasi sudut

kemiringan tool pada posisi awal ....................................................... 48


kemiringan tool pada posisi tengah .................................................... 48


kemiringan tool pada posisi akhir ....................................................... 49

Gambar 4.28. Kontur distribusi temperatur permodelan FSW dengan variasi sudut

kemiringan tool pada posisi tengah .................................................... 49

Gambar 4.29. Metode pemasukan tool ke workpiece oleh Muhayat ........................ 51

Gambar 4.30. Metode pemasukan tool ke workpiece pada penelitian ini ................. 51

Gambar 4.31. Luas permukaan contact antara tool dan workpiece pada sudut

kemiringan tool : (a) 1°, (b) 2°, (c) 3°, (d) 4° ..................................... 52

Gambar 4.32. Grafik distribusi temperatur permodelan FSW dengan variasi

kecepatan rotasi pada posisi awal ........................................................ 53


kecepatan rotasi pada posisi tengah..................................................... 53


kecepatan rotasi pada posisi akhir ....................................................... 54

Gambar 4.35. Kontur distribusi temperatur permodelan FSW dengan variasi

kecepatan rotasi pada posisi tengah..................................................... 54

xvii

DAFTAR RUMUS

Rumus 2.1. Panas yang diterima Workpiece .................................................................. 15

Rumus 2.2. Perpindahan panas konveksi permukaan atas workpiece ..................... 16

Rumus 2.3. Perpindahan panas konveksi permukaan bawah workpiece ................. 16

Rumus 2.4. Perpindahan panas konveksi permukaan samping workpiece sisi

advance ............................................................................................................ 16

Rumus 2.5. Perpindahan panas konveksi permukaan samping workpiece sisi

retreat ............................................................................................................... 16

Rumus 3.1 Nilai error temperatur ................................................................................... 24

xviii

DAFTAR NOTASI

A = Konstanta (s-1

) Cp = Kapasitas panas (J/kg K)

h = Koefisien konveksi (W/m2K)

m = Massa ( kg)

q = Perpindahan panas konveksi (W/m2)

Q = Energi panas (J)

T = Temperatur (K)

Ta = Temperatur sekitar (K)

xix

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Tabel Temperatur Variasi Sudut Kemiringan Tool 1° Dan Kecepatan

Rotasi Tool 1100 Rpm 62























Lampiran 13. Tabel Temperatur Perbandingan Simulasi Variasi Sudut Kemiringan

Tool Pada Posisi Awal 68


Tool Pada Posisi Tengah 68


Tool Pada Posisi Akhir 69

Lampiran 16. Tabel Temperatur Perbandingan Simulasi Variasi Kecepatan Rotasi

Tool Pada Posisi Awal 69


Tool Pada Posisi Tengah 70

xx


Tool Pada Posisi Akhir 70

xxi

PENGARUH VARIASI TOOL TILT ANGLE DAN TOOL ROTATIONAL … · Pemodelan dilakukan untuk mengurangi...

Documents

Transcript of PENGARUH VARIASI TOOL TILT ANGLE DAN TOOL ROTATIONAL … · Pemodelan dilakukan untuk mengurangi...