Optimasi Parameter Proses Resistance Spot Welding pada

Prosiding SEMNASTERA (Seminar Nasional Teknologi dan Riset Terapan) Politeknik Sukabumi, 21 September 2019

125

Optimasi Parameter Proses Resistance Spot

Welding pada Pengabungan Beda Material SPCC

Syahri Tua Pasaribu, Sukarman, Apang Djafar Shieddieque, Amri Abdulah, Rohman Mechanical Engineering Department, STT Wastukancana

Jl. Cikopak No.53, Purwakarta, Jawa Barat, Indonesia [email protected]

Abstrak

Makalah ini menyajikan ikhtisar optimasi parameter proses resistance spot welding menggunakan logam SPCC-SD

(JIS 3141) beda ketebalan sehingga perlu ketepatan seting parameter resistance spot welding. Penelitian ini bertujuan

untuk mendapatkan hasil uji tegangan tarik geser tertinggi dari kombinasi parameter resistance spot welding yang

ditetapkan. Penelitian ini menggunakan metode Taguchi dengan menggunakan empat parameter dan tiga level

eksperimen. Hasil uji tegangan tarik geser tertinggi sebesar 4,91 kN dan terendah adalah 4,12 kN. Hasil uji tarik geser

tertinggi didapatkan pada kombinasi welding current 37 kA, welding time 6 cycles, holding time 15 cycles, dan squeeze

time 22 cycles.

Kata kunci: resistance spot welding, metode Taguchi, tegangan tarik geser, kuat arus, waktu pengelasan

. Abstract

This paper presents an overview of optimization of the resistance spot welding process parameters using metal

SPCC-SD (JIS 3141) thickness difference so it needs accuracy setting the resistance spot welding parameters. This

study aims to obtain the results of the highest shear-tensile test results from a combination of parameters process of the

resistance spot welding. This study uses the Taguchi method by using four Parameters and three levels of

experimentation. The highest shear-stress test achieved was 4.91 kN while the lowest was 4.12 kN. The highest shear

tensile test achieved were obtained at a combination of welding current 37 kA, welding time 6 cycles, holding time 15

cycles, and squeeze time 22 cycles.

Keywords: resistance spot welding, Taguchi method, tensile-shear test, welding current, welding time

I. PENDAHULUAN

Resistant Spot Welding (RSW) merupakan salah

satu teknik penyambungan logam yang paling

banyak digunakan karena memiliki banyak

kelebihan. Kelebihan pada teknik pengelasan ini

diantaranya hasil sambungan lebih kuat, mudah

diaplikasikan, tidak memerlukan filler, murah dan

efisien [1]. Beberapa teknik pengelasan yang

banyak digunakan saat ini diantaranya adalah Gas

Metal Arc Welding (GMAW) dan RSW. Proses

RWS adalah tehnik pengelasan logam dengan

memberikan tahanan listrik sebagai sumber panas

pada dua atau lebih permukaan logam yang

menyebabkan pembentukan fusi di area pengelasan

[2]. Pencairan logam pada di area pengelasan

terbentuk akibat panas yang dihasilkan karena

timbulnya hambatan kontak dari arus listrik.

Penyambungan dilakukan dengan cara memberikan

penekanan pada kedua permukaan pelat yang akan

digabungkan. Proses penekanan plat dilakukan

dengan menggunakan kedua elektroda sepanjang

siklus RSW (sebelum, selama, dan setelah

pemberian arus). Teknik pengelasan GMAW dan

RSW umum di industry automotive, kontruksi

jembatan dan bangunan, industri peralatan

perkantoran dan rumah tangga [3]. Pada

penyetingan parameters proses RSW, terdapat dua

bagan skema pengelasan yaitu one-step dan double-

steps. Pada pengujian ini menggunakan skema

pengelasan ones-steps, gambar 1 [4].


126

Gambar 1. Skema pengelasan ones-steps

A - SQUEEZE TIME: Waktu jeda sebelum

penerapan arus pengelasan atau waktu antara

penerapan penekanan dan pengelasan.

B - HEAT OR WELD TIME: Siklus waktu

pengelasan.

C - HOLD TIME: Waktu penahanan tekanan

setelah pengelasan.

D - OFF TIME: Melepas logam dari elektroda

Proses penekanan pada RWS bertujuan untuk

mencegah deformasi pada permukaan sambungan

dan dilakukan sampai setelah pemanasan. Ketika

arus mengalir ke elektroda dan kedua permukaan

logam menjadi panas. Panas terus mengingkat dan

terjadi fusi pada kedua permukaan logam. Proses

fusi terjadi ketika kedua permukaan logam yang

saling menempel mencair akibat adanya resistensi

listrik [5]. Skema proses RSW ditunjukan pada

gambar 2 [6]:

Gambar 2. Skema proses resistance spot welding

Resistensi pengelasan terjadi saat arus mengalir di

ujung elektroda dan potongan logam yang terpisah

untuk digabung. Tahanan logam dasar terhadap

aliran arus listrik berdampak pemanasan lokal pada

sambungan, sehingga terjadi fusi antara kedua

logam yang akan digabung.

Beberapa penelitian tentang spot welding yang

sudah dilakukan diantaranya oleh Thakur dkk, 2014

[7]. Pada penelitian ini dilakukan optimasi

parameter proses RWS dengan mengunakan

material galvanized steel sheet. Penelitian ini

menggunakan metode Taguchi dengan enam

parameter dan tiga level percobaan. Percobaan

menggukanan skema pengelasan two-steps dengan

menggunakan parameter preheating current (kA),

weld time (cycle), hold time (cycle), squeeze time

(cycle), current (kA), dan pressure (MPa.). Analisis

terhadap parameter proses RWS dilakukan

menggunakan ANOVA. Dari hasil ekperimen

diketahui bahwa parameter yang paling signifikan

mempengaruhi kekuatan sambungan adalah welding

current dan welding time, sementara itu parameter

squeeze time dan hold time merupakan faktor yang

kurang signifikan pengaruhnya.

Penelitian juga dilakukan oleh Safee dkk, 2015

[3]. Penelitian menggunakan material cold rolled

low carbon steel CR3 (BIS 513-2008) beda

ketebalan. Ketebalan plat yang digunakan pada

pengujian ini adalah 0.8 dan 1.0 mm. Penelitian ini

menggukanan metode Taguchi dengan 3 parameter

dan 3 level ekperimen, 8 tingkat kebebasan L9 orthogonal array. Objective pada penelitian ini

adalah untuk melihat parameter signifikan terhadap

shear & direct tensile ttrength. Parameter paling

signifikan mempengaruhi tensile shear strength

adalah welding current (72.79%). Pada pengujian

direct tensile strength juga dipengaruhi oleh

welding current (74 %).

Penelitian lanjutan juga dilakukan oleh Vignesh

dkk, 2017, yang melakukan optimasi parameter

proses Resistance spot welding (RSW) dengan

mengabungkan dua material berbeda yaitu 316L

austenitic stainless steel dan 2205 duplex stainless

steel [6]. Metode optimasi menggunakan metode

Taguchi dengan menggunakan tiga parameter dan

tiga level eksperimen. Parameter yang digunakan

pada penelitian ini adalah welding current (kA),

elektroda tip diameter (mm), dan heating (cycle).

Parameter proses RWS yang signifikan dianalisa

menggunakan Anova. Dari haasil ekperimen

diketahui bahwa welding current merupakan

parameter yang paling berpengaruh terhadap tensile

shear test ikuti dengan heating cycle dan elektroda

tip diameter.


127

Berbeda dengan tiga penelitian sebelumnya,

optimasi parameter proses RWS pada penelitian ini

menggunakan material SPCC-SD-SDJIS 314, beda

ketebalan. Mterial yang akan digabungkan memiliki

ketebalan 0.8 mm dan 1.4 mm. Metode yang

digunakan dalam penelitian ini adalah metode

eskperimental Taguchi dengan empat parameter

optimasi. Parameter optimasi yang akan digunakan

adalah welding current (kA), welding time (cycle),

holding time (cycle) dan squeeze time (cycle).

Penelitian ini menggunakan dua kombinasi level

ekperimen yaitu 4 level untuk Parameter pertama

dan 2 level untuk parameter 2 sampai 4. Penelitian

ini bertujuan untuk mendapatkan hasil uji tegangan

tarik geser (shear-tensile) tertinggi dari kombinasi

parameter proses RWS. Peneltian ini

mengabungkan plat SPCC-SD (JIS 3141) beda

ketebalan

II. METODE PENELITIAN

A. Parameter Spot welding

Penelitian ini mengguanakan mesin spot welding

dengan kapasitas daya 35 kVA dan menggunakan

mekanisme pneumatic sebagai penekan electodanya.

Tekanan elektroda dikontrol pada tekanan 3 MPa.

Dengan diameter elektroda 5 mm maka gaya yang

bekerja pada elektroda sebesar 60 N. Gaya penekan

diberikan sepajang siklus spot welding. Gaya

penekan pada ujung elektroda dihitung dengan

persamaan berikut:

F= P. A (1)

Dimana, F adalah gaya (N), P adalah tekanan (N/m2)

dan A dalah luas penampang (m2).

Parameter optimasi RWS dengan menggunakan

4 Parameter dan kombinasi level eksperimen tersaji

pada tabel 1:

Tabel 1. Nilai parameter pada tiap level

Code Welding parameters LEVEL

1 2 3 4

A Weld. Current (kA) 30 34 37 40

B Weld. Time (cycles) 4 6 - -

C Hold time (cycles) 12 15 - -

D Squeeze time (cycles) 20 22 - -

Mesin spot welding yang digunakan ditunjukan

pada gambar 3.

Gambar 3. Mesin RSW kapasitas 35 kVA

B. Matrik Ekperimen Taguchi

Pada peneltian ini menggunakan eksperimen

Taguchi L16(4**1 2**12) Array. Dengan

menggunakan program Minitab maka diperoleh

matrik ekperimen pada tabel 2 berikut ini:

Tabel 2. Ekperimen Taguchi L16 (4**1 2**12)

Trial

no.

Weld

current

(kA)

Weld

time

(cycles)

Hold

time

(cycles)

Squeeze

time

(cycles)

1 1 1 1 1

2 1 1 1 1

3 1 2 2 2

4 1 2 2 2

5 2 1 1 2

6 2 1 1 2

7 2 2 2 1

8 2 2 2 1

9 3 1 2 1

10 3 1 2 1

11 3 2 1 2

12 3 2 1 2

13 4 1 2 2

14 4 1 2 2

15 4 2 1 1

16 4 2 1 1

C. Material dan Spesimen Uji

Penelitian ini mengabungkan dua bahan

dengan beda ketebalan 0.8 mm dan 1.4 mm.

Pengujian ini menggunakan plat SPCC-SD (JIS

3141). Bahan ini merupakan plat lembaran yang

banyak digunakan di industri manufaktur. Material


128

SPCC-SD (JIS 3141) ekuivalen dengan standar

ASTM A366-91 [8]. Komposisi kimia material

yang akan digunakan dalam penelitian ini tersaji

pada tabel berikut:

Tabel. 3. Chemical composition dalam %

Parameters JIS 3141 Tic. 0.8 mm

CPW6629C

Tic. 1.4 mm

CPD4388A

C 0.15 max. 0,0196 0,0792

Mn 0,05 max. 0,2040 1,317

P 0,04 max. 0,0010 0,0112

S 0,04 max. 0,0030 0,0046

Sedangkan sifat-sifat mekanik tersaji pada tabel

berikut:

Tabel. 4. Mechanical properties and coating weight

Parameters JIS 3141 Tic. 0.8 mm

CPW6629C

Tic. 1.4 mm

CPD4388A

YP (N/mm2) 240 max. 229 224

TS (N/mm2) 270 min. 329 346

EL (%) 37 min. 46 42 Thickness = coating weight/ density, zinc density = 7,14 gr/ cm3

Pada tahap ini, lembaran plat SPCC-SD tebal 0.8

mm digabung dengan 1.4 mm melalui proses RWS.

Dimen sample uji sesuai tabel 5. Metode

penyambungan dibuat overlap sesuai dengan

gambar 5.

Tabel 5. Dimensi specimen pengujian tensile-shear test

Posisi A B C D E

Dimensi (mm) 0.8 1,4 25 350 30

Penggabungan plat SPCC-SD ketebalan 0.8 dan 1.4

mm terlihat pada gambar 5.

Gambar 5. Spesimen pengujian RWS

Selanjutnya specimen diindentifikasi dan

diproses RWS sesuai dengan matrik pada tabel 1.

Pembacaan matrik ekperimen Taguchi sesuai

dengan tabel 2. Photo specimen setelah spot

welding tersaji pada gambar 6.

Diameter nugget minimum merupakan diameter

terkecil yang disyaratkan agar pada saat dilakukan

uji tensile shear, sambungan las titik mengalami

model kegagalan pull-out. Kegagalan pull-out

menunjukkan bahwa kekuatan sambungan lebih

tinggi dibandingkan plat yang disambung. Jika

diameter nugget pada sambungan las titik kecil dari

diameter minimum maka sambungan akan

mengalami model kegagalan interfacial karena

kekuatan sambungan lebih lemah dibandingkan

dengan kekuatan plat yang disambung [9] [10] [11].

Kegagalan mode interfacial jiga bisa disebabkan

kurangnya fusi pengelasan (poor welding) [9]. Pada

penelitian ini, semua sample memiliki ketebalan

material 0.8 mm dan 1.4 mm. Diameter minimum

nugget dapat dihitung berdasarkan ketebalan bahan

terkecil dengan persamaan berikut [4] [10]:

√ (2)

Dimana D adalah diameter nugget dalam mm dan t

adalah ketebalan material dalam mm. Data diameter

spot welding pada setiap iterasi tersaji pada tabel 6.

Tabel 6. Diameter nugget dan tegangan geser

Trial

no.

Weld

current

(kA)

Weld

time

(cycles)

Hold

time

(cycles)

Squeeze

time

(cycles)

Nugget

Diameter

(mm)

Tensile shear

Strength

(kN)

1 1 1 1 1 5.08 4.17

2 1 1 1 1 4.75 4.37

3 1 2 2 2 5.75 4.67

4 1 2 2 2 5.33 4.12

5 2 1 1 2 5.33 4.12

6 2 1 1 2 5.18 4.12

7 2 2 2 1 5.83 4.62

8 2 2 2 1 5.88 4.47

9 3 1 2 1 5.35 4.62


129

10 3 1 2 1 5.28 4.22

11 3 2 1 2 5.48 4.91

12 3 2 1 2 5.60 4.62

13 4 1 2 2 5.25 4.57

14 4 1 2 2 5.38 4.12

15 4 2 1 1 5.63 4.62

16 4 2 1 1 5.35 4.17

D. Uji Tarik Tegangan Geser

Uji tarik tegangan geser bertujuan untuk

mengetahui gaya geser tertinggi dari kombinasi

optimum yang dioptimasi. Pengujian dilakukan di

laboratorium B4T Bandung. Pengujian menggacu

pada standar JIS Z 2241, Method for Tensile Test

for Metallic Material. Pengujian dilakukan dengan

mearik sample uji dengan besaran gaya dan

kecepatan tertentu. Proses dan skema pengujian

ditunjukan pada gambar 6.

Gambar 6. Proses pengujian tensile-shear strength

Data uji tarik tegangan geser (tensile shear

strength) proses spot welding untuk setiap iterasi

disajikan pada tabel 6.

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Weldability Bahan

Weldability merupakan kemampuan logam

untuk dilas tanpa terjadi perubahan sifat secara

signifikan. Setiap lasan mengandung tiga daerah

berbeda-beda: (i) zona fusi atau weld nugget (WN),

(ii) zona terpengaruh panas atau heat affected zone

(HAZ), dan (iii) zona logam dasar atau base metal

(BM) [4].

Ketebalan bahan yang digabungkan pada

penelitian ini adalah 0.8 mm dan 1.4 mm.

Perihitungan diameter menggunakan referensi plat

0.8 mm sehingga didapat minimum diameter

sebesar √ √ .

Berdasarkan hasil pengukuran diameter nugget

didapatkan diameter pada pengujian ini memenuhi

persayaratan minimum. Diameter nugget tertinggi

didapatkan pada iterasi parameter nomor 8 yaitu

diameter 5.88 mm dan diameter pada iterasi nomor

2 dengan diameter nugget 4.75 mm. Data

pengukuran diameter nugget untuk 16 iterasi tersaji

pada gambar 7.


130

Gambar 7. Grafik diameter nugget pada setiap iterasi

B. Maksimum Shear-tensile test

Target dari penelitian ini adalah nilai pengujian

shear-tensile tertinggi pada mode kegagalan pull-

out. Data pengujian ini menunjukan bahwa semua

level untuk setiap parameter yang ditetapkan bisa

digunakan untuk proses resistance spot welding.

Dari data pengujian menunjukan bahwa semua

sample yang digunakan mengalami kegagalan pull-

out dengan nilai shear-tensile tertinggi 4.91 kN dan

didapatkan pada iterasi no. 11. Nilai shear-tensile

terendah sebesar 4.11 kN pada iterasi no. 14. Data

pengujian shear-tensile untuk semua iterasi

pengujian tersaji pada gambar 8.

Gambar 8. Grafik shear-tensile, diameter dan kedalaman nugget

IV. KESIMPULAN

Penelitian ini telah menghasilkan kombinasi

parameter RWS dengan nilai shear-tensile tertinggi

4.91 kN yang dicapai pada kombinasi, welding

current 37 kA. welding time 6 cycles, holding

time 15 cycles dan squeeze time 22 cycles.

Mode kegagalan yang terjadi pada semua

matrik kombinasi adalah mode pull-out. Untuk

mengetahui parameter yang optimum, akan

dilakukan penelitian lanjutan dengan

menganalisa konsumsi energi terendah yang

5.0

8

4.7

5 5

.75

5.3

3

5.3

3

5.1

8 5.8

3

5.8

8

5.3

5

5.2

8

5.4

8

5.6

0

5.2

5

5.3

8

5.6

3

5.3

5

4.02 4.02 4.02 4.02 4.02 4.02 4.02 4.02 4.02 4.02 4.02 4.02 4.02 4.02 4.02 4.02

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Diameter Nugget pada setiap iterasi (dalam mm)

NUGGET (MM) Min Diameter (mm)

4.17 4.37 4.67

4.12 4.12 4.12 4.62 4.47 4.62

4.22

4.91 4.62 4.57

4.11 4.62

4.22

5.08 4.75

5.75 5.33 5.33 5.18

5.83 5.88

5.35 5.28 5.48 5.60 5.25 5.38

5.63 5.35

0.75 0.60

1.00

0.65

1.10 1.00

1.40 1.50

0.80

1.15

1.60 1.80

0.80

1.20 1.40 1.50

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Tensile sher-streght, Diameter & Kedalaman Nugget

Tensile shearstrength

NUGGET (MM) NUGGET (MM)


131

digunakan sampai didapatkan mode kegagalan

fracture.Penelitian selanjutnya akan dibahas

mengenai parameter yang paling

mempengaruhi target penelitian dengan

menggunakan software Minitab.

REFERENSI

[1] M. P. Mubiayi, E. T. Akinlabi, and M. E.

Makhatha, Current Trends in Friction Stir

Welding (FSW) and Friction Stir Spot welding

(FSSW), vol. 6. 2019.

[2] Miller, “Handbook for Resistance Spot welding. ,”

2010-4.

[3] S. Shafee, B. B. Naik, and K. Sammaiah,

“Resistance Spot Weld Quality Characteristics

Improvement By Taguchi Method,” Mater. Today

Proc., vol. 2, no. 4–5, pp. 2595–2604, 2015.

[4] H. C. Lin, C. A. Hsu, C. S. Lee, T. Y. Kuo, and S.

L. Jeng, “Effects of zinc layer thickness on

resistance spot welding of galvanized mild steel,”

J. Mater. Process. Tech., vol. 251, no. March

2017, pp. 205–213, 2018.

[5] P. Muthu, “Optimization of the Process

Parameters of Resistance Spot welding of AISI

316l Sheets Using Taguchi Method,” Mech.

Mech. Eng., vol. 23, no. 1, pp. 64–69, 2019.

[6] K. Vignesh, A. E. Perumal, and P. Velmurugan,

“Optimization of resistance spot welding process

parameters and microstructural examination for

dissimilar welding of AISI 316L austenitic

stainless steel and 2205 duplex stainless steel,”

pp. 455–465, 2017.

[7] A. G. T. V. M. Nandedkar, “Optimization of the

Resistance Spot welding Process of Galvanized

Steel Sheet Using the Taguchi Method,” pp.

1171–1176, 2014.

[8] John E. Bringas, "Handbook of Comparative

World Steel Standards". ASTM

International.2002.

[9] A. H. Ertas and F. O. Sonmez, “Design

optimization of spot-welded plates for maximum

fatigue life.”

[10] R. E. Systems, “Fatigue behavior of spot welded

joints in steel sheets,” 2010.

[11] V. Hugo, B. Hernandez, and N. Y. Zhou, “A

study on heat affected zone softening in

resistance spot welded dual phase steel by

nanoindentation,” pp. 1638–1647, 2010.

Documents

Optimasi Parameter Proses Resistance Spot Welding pada