Friction Stir Welding (FSW) adalah proses pengelasan inovatif dalam fase padat (solid-state welding) yang ditemukan pada tahun 1991 oleh The Welding Institute (TWI) di Inggris. Berbeda dengan pengelasan konvensional (fusion welding) yang melibatkan peleburan material, FSW menggunakan panas yang dihasilkan dari gesekan dan deformasi plastis untuk menyambung material.

Teknik ini sangat cocok dan banyak diterapkan pada material aluminium dan paduannya, yang seringkali sulit dilas dengan metode fusi tradisional karena masalah seperti pembentukan pori-pori, retak panas (hot cracking), dan distorsi.

1. Prinsip Kerja Friction Stir Welding

Prinsip kerja FSW cukup unik dan relatif sederhana:

1. Persiapan Material: Dua benda kerja yang akan disambung (umumnya pelat atau lembaran) ditempatkan berdampingan pada backing plate yang kokoh, dijepit erat untuk mencegah pergerakan.
2. Penetrasi Tool: Sebuah tool (pahat) khusus yang tidak meleleh, terdiri dari shoulder (bahu) dan pin (pin atau probe), diputar dengan kecepatan tinggi dan dimasukkan (plunge) ke dalam garis sambungan antara dua benda kerja hingga shoulder bersentguhan dengan permukaan material.
3. Gesekan dan Pemanasan: Putaran tool menghasilkan panas gesekan yang intens antara shoulder dan permukaan benda kerja, serta antara pin dan material di sekitarnya. Panas ini melunakkan material aluminium di sekitar pin menjadi keadaan plastis, tanpa mencapai titik lelehnya.
4. Pengadukan Material: Saat tool bergerak maju di sepanjang garis sambungan (traveling/welding speed), pin yang berputar mengaduk dan mencampur material yang melunak secara plastis dari kedua sisi sambungan. Material dipindahkan dari sisi depan (advancing side) ke sisi belakang (retreating side) pin.
5. Pembentukan Sambungan: Material yang diaduk dan tercampur ini kemudian dipadatkan di belakang pin di bawah tekanan yang diberikan oleh shoulder tool. Proses ini menghasilkan sambungan las yang sangat halus, padat, dan bebas cacat.
6. Solid-State Joining: Seluruh proses terjadi dalam fase padat, artinya material tidak pernah meleleh. Ini adalah kunci keuntungan FSW, terutama untuk aluminium.

2. Keunggulan FSW untuk Aluminium

FSW menawarkan beberapa keuntungan signifikan dibandingkan metode pengelasan fusi tradisional, terutama untuk paduan aluminium:

• Menghindari Cacat Fusi: Karena tidak ada peleburan, FSW menghilangkan masalah umum pada pengelasan aluminium seperti pori-pori, retak panas (hot cracking), dan presipitasi fasa rapuh yang dapat mengurangi kekuatan sambungan.
• Kualitas Sambungan Superior: Menghasilkan sambungan dengan sifat mekanik (kekuatan tarik, kekuatan lelah) yang sangat baik, seringkali mendekati sifat logam induk (base metal). Struktur mikro pada weld nugget (zona las) umumnya lebih halus dan homogen akibat proses deformasi plastis dan rekristalisasi dinamis.
• Distorsi Minimal: Panas yang dihasilkan bersifat lokal dan terkontrol, menyebabkan zona pengaruh panas (HAZ - Heat Affected Zone) yang lebih sempit dan suhu puncak yang lebih rendah. Ini menghasilkan distorsi dan tegangan sisa yang jauh lebih sedikit pada benda kerja.
• Tidak Perlu Logam Pengisi (Filler Metal): FSW tidak memerlukan material tambahan (filler metal), mengurangi biaya material dan menyederhanakan proses.
• Dapat Mengelas Material yang Sulit Dilas: Sangat efektif untuk paduan aluminium seri 2xxx dan 7xxx yang sulit dilas dengan metode fusi karena rentan retak. Juga dapat mengelas paduan yang berbeda (dissimilar alloys), bahkan aluminium dengan material lain (misalnya, aluminium-baja).
• Ramah Lingkungan: Tidak menghasilkan asap, gas berbahaya, atau radiasi UV, sehingga lebih aman bagi operator dan lingkungan.
• Otomatisasi Tinggi: Prosesnya mekanis dan mudah diotomatisasi, cocok untuk produksi massal dan mengurangi ketergantungan pada keahlian operator.
• Tidak Ada Arc Flash atau Spatter: Mengurangi risiko keselamatan dan kebutuhan akan peralatan pelindung yang berlebihan.

3. Parameter Penting dalam FSW Aluminium

Kualitas sambungan FSW sangat bergantung pada parameter proses yang diatur dengan tepat:

• Kecepatan Putar Tool (Rotational Speed): Kecepatan putaran tool (rpm) mempengaruhi jumlah panas yang dihasilkan. Kecepatan putar yang terlalu tinggi dapat menyebabkan panas berlebihan dan cacat seperti tunnel defect atau hooking, sementara terlalu rendah dapat menyebabkan panas tidak cukup dan insufficient stirring (pencampuran tidak sempurna).
• Kecepatan Pengelasan (Travel Speed / Welding Speed): Kecepatan tool bergerak di sepanjang garis sambungan (mm/menit). Kecepatan yang terlalu tinggi dapat menghasilkan cacat karena material tidak cukup waktu untuk melunak dan tercampur, sementara terlalu rendah dapat menyebabkan panas berlebihan dan flash (material berlebih yang keluar dari sambungan).
• Gaya Tekan Aksial (Axial Force / Downward Force): Gaya yang menekan tool ke bawah benda kerja. Gaya yang cukup diperlukan untuk memastikan kontak yang baik dan menghasilkan panas gesekan yang memadai, serta untuk memadatkan material. Terlalu rendah dapat menyebabkan void atau unfilled groove, terlalu tinggi dapat merusak tool atau backing plate.
• Sudut Kemiringan Tool (Tool Tilt Angle): Umumnya tool dimiringkan sedikit (misalnya, 2-3 derajat) ke arah belakang (arah pengelasan). Ini membantu menekan material di belakang pin dan memastikan pemadatan yang efektif.
• Geometri Tool: Desain shoulder dan pin (diameter, panjang, bentuk, fitur seperti ulir atau flats) sangat mempengaruhi aliran material, distribusi panas, dan kualitas akhir sambungan. Berbagai desain pin telah dikembangkan (silinder, tirus, berulir, triflute, dll.) untuk optimasi pada aplikasi dan material yang berbeda.

4. Aplikasi FSW untuk Aluminium

Karena keunggulannya, FSW banyak digunakan di berbagai industri yang memanfaatkan aluminium dan paduannya:

• Industri Dirgantara: Komponen pesawat terbang (panel sayap, fuselage), tangki bahan bakar roket, karena menghasilkan sambungan ringan, kuat, dan bebas cacat.
• Industri Otomotif: Sasis mobil, panel bodi, komponen battery pack untuk kendaraan listrik, heat sink, di mana pengurangan berat dan kekuatan adalah kunci.
• Industri Perkapalan: Struktur kapal, lambung aluminium, karena menghasilkan sambungan yang tahan korosi dan kuat tanpa distorsi yang signifikan.
• Kereta Api: Gerbong kereta api, struktur bodi.
• Elektronik: Heat sink dan komponen pendingin lainnya karena FSW dapat mempertahankan konduktivitas termal material.
• Produksi Tabung dan Pipa: Menyambung lembaran aluminium untuk membentuk pipa atau tabung besar.

FSW terus berkembang dan menjadi pilihan utama untuk pengelasan aluminium paduan yang kompleks dan menuntut, membuka jalan bagi desain yang lebih ringan, kuat, dan efisien di berbagai sektor industri.