Top Banner
ULTRASONIC INSPECTION [Type the document subtitle]
16

ULTRASONIC INSPECTION (Repaired).docx

Apr 24, 2015

Download

Documents

Non Destructive Test
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: ULTRASONIC INSPECTION (Repaired).docx
Page 2: ULTRASONIC INSPECTION (Repaired).docx

1

|

Material merupakan hal yang tidak dapat dipisahkan dari kehidupan manusia. Semua alat yang digunakan dalam kehidupan manusia terbuat dari material, mulai dari alat-alat yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari seperti alat makan, alat tulis, alat mandi, sampai pada alat-alat yang digunakan untuk pekerjaan khusus seperti alat-alat berat untuk konstruksi atau alat-alat yang digunakan dalam pertambangan. Alat-alat khusus tersebut sangat penting dan jika alat tersebut mengalami kerusakan akan sangat berdampak besar, tidak hanya menimbulkan kerugian finansial yang besar tetapi juga berbahaya bagi keselamatan manusia. Sudah banyak terjadi kecelakaan yang memakan banyak korban yang diakibatkan karena alat-alat tersebut mengalami cacat. Misalnya, kecelakaan yang terjadi akibat kebocoran pipa gas, ledakan karena pressure vessel yang tidak cukup kuat untuk menahan tekanan, dan sebagainya. Oleh karena itu, pengetahuan mengenai pengujian dan inspeksi material memegang peranan yang sangat penting.

Pengujian material sudah dilakukan sejak dahulu dan sampai saat ini metode-metode pengujian material tersebut telah sangat berkembang. Pengujian material sendiri bisa dibagi menjadi 2 bagian yaitu uji rusak (Destructive Test) dan uji tak rusak (Non Destructive Test). Uji merusak biasanya hanya dilakukan pada saat alat tersebut baru diproduksi, sedangkan uji tak rusak bisa dilakukan pada saat alat tersebut telah dipasang atau telah digunakan.

Terdapat metode-metode uji tak rusak antara lain Visual Testing, Liquid Penetrant Testing, Magnetic Particle Testing, Eddy Current Testing, Ultrasonic Testing, dan Radiography Testing. Pada makalah ini akan dibahas lebih dalam mengenai Ultrasonic Testing.

Page 3: ULTRASONIC INSPECTION (Repaired).docx

2

|

SEJARAH ULTRASONIC TESTINGYear Perkembangan

1912 (Richardson) Deteksi dengan pemantulan untuk objek di laut

1914 (Fessenden) Transducer untuk gelombang bunyi dengan frekuensi tinggi untuk mendeteksi

Keadaan bawah laut

1918 (Lavenging) Efek piezoelektrik dengan kuarsa

1921 (Behun) Mengukur kedalaman laut dengan resonansi ultrasonik

1927 (Boyle) Percobaan menggunakan transducer piezoelectric kuarsa

1928 (Pierce) Alat magnetostriction sebagai osilator ultrasonik

1929 and 1935 (Sokolov) Menggunakan gelombang ultrasonik untuk mendeteksi cacat dalam benda padat

1931 (Mulhaser) Penggunaan gelombang ultrasonik untuk mendeteksi cacat pada benda padat

Menggunakan mode transmisi dipatenkan

1940 (Schraiber) Menggetarkan ultrasonik menggunakan prinsip pantulan

1940 (Firestone) Gelombang ultrasonik menggunakan prinsip pemantulan suara

1945 (Simmons)

1945 (Erwin) Pengukuran ketebalan dengan menggunakan metode ultrasonik

PRINSIP DASAR ULTRASONIC TESTING

Ultrasonic testing merupakan metode uji tak rusak dengan memanfaatkan gelombang ultrasonik. Gelombang ultrasonik adalah gelombang suara dengan frekuensi tinggi (20 kHz – 50 kHz). Gelombang ultrasonik tersebut diarahkan ke

Page 4: ULTRASONIC INSPECTION (Repaired).docx

3

|

material yang akan dites. Pantulan gelombang ultrasonik tersebut menandakan ada atau tidaknya cacat pada material. Ultrasonic testing merupakan metode pengujian yang serba guna karena selain dapat mengetahui apakah terdapat cacat pada material, kita juga dapat mengetahui ukuran dari cacat tersebut.

Ultrasonic testing bisa digunakan untuk menguji material baik metal maupun non metal. Ultrasonic testing ini juga dapat digunakan untuk produk yang telah mengalami treatment lebih lanjut, misalnya produk hasil welding, forging, casting, dengan bentuk yang bermacam-macam (sheet atau tube).

Gelombang ultrasonik memiliki kelebihan yaitu dapat mendeteksi cacat yang berada di bawah permukaan dengan hanya melalui testing melalui salah satu sisi spesimen.

Prinsip Ultrasonic testing ini berdasarkan fakta bahwa material padat merupakan konduktor gelombang suara yang baik. Gelombang suara bergerak dengan getaran atom dan molekul dengan kecepatan yang bergantung pada mechanical properties dari mediumnya. Imperfeksi dan pengotor dalam benda padat menyebabkan gelombang suara menjadi menyebar, sehingga menghasilkan pantulan dan gema dari gelombang bunyi tersebut.

Dalam ultrasonic testing kita menggunakan getaran ultrasonic. Ada 2 hal mengenai getaran yang harus kita ketahui :

Getaran bergerak bolak-balik Getaran merupakan energi

Getaran bergerak melalui material padat disebabkan karena rangkaian “particle displacements” yang dapat diilustrasikan sebagai berikut :

Struktur material terdiri dari partikel-partikel kecil atau kumpulan atom-atom. Partikel-partikel ini memiliki posisi normal yang dapat berpindah tempat karena adanya suatu gaya, pada saat gaya dilepaskan partikel-partikel tersebut akan kembali ke posisi semula.

Energi ditransmisikan melalui material padat dengan adanya rangkaian perpindahan tempat dari partikel-partikel kecil dalam material tersebut. Transmisi gelombang ultrasonik melalui material tersebut berhubungan dengan sifat elastis material. Jika kita memukul permukaan suatu logam, permukaannya akan bergerak ke dalam. Karena metal tersebut elastis maka permukaannya akan kembali ke

Page 5: ULTRASONIC INSPECTION (Repaired).docx

4

|

posisi semula. Permukaannya juga akan bergerak kembali ke bentuk semula dan bergerak sejauh jarak maksimum dengan arah berlawanan arah pukulan.

Ilustrasi suatu logam yang dipukul :

Urutan lengkap pergerakan ini didefinisikan sebagai satu siklus. Waktu yang digunakan oleh suatu benda untuk bergerak selama satu siklus disebut periode. Jumlah siklus yang dilakukan selama suatu periode waktu disebut frekuensi dengan satuan Hertz (1 hertz = 1 siklus/detik) .

Energi yang digunakan pada ultrasonic testing ini dihasilkan dari “Transducer” yang mengakibatkan perpindahan material di dalam spesimen. Transducer adalah alat yang mengubah energi dari satu bentuk energi ke bentuk energi lain. Contoh : speaker radio (energi listrik menjadi energi mekanik atau sebaliknya).

Dibawah ini merupakan ilustrasi dari sebuah transducer.

“View A” diatas mengilustrasikan “Efek Piezoelectric”. Energi listrik diberikan melalui dua kabel yang terhubung ke sebuah kristal, menyebabkan kristal piezoelektrik tersebut mengembang dan berkontraksi menimbulkan getaran mekanik. Sebuah transducer piezoelektrik juga dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Sehingga, transducer dapat mengirim sekaligus menerima energi.

Energi yang ditransmisikan dari transducer dapat didefinisikan sebagai grup pendek gelombang yang ditransmisikan sebelum dan sesudah dimana transducer tersebut dapat bertindak sebagai receiver.

Page 6: ULTRASONIC INSPECTION (Repaired).docx

5

|

Baja, air, dan minyak akan mentransmisikan ultrasonik dengan sangat baik, tetapi tidak dengan udara. Udara adalah transmitter ultrasonik yang buruk karena densitas partikelnya sangat rendah sehingga sulit untuk mentransmisikan energi suara dari partikel ke partikel, karena itu sebelum dilakukan ultrasonik testing diberikan air atau gemuk diantara transduser dan spesimen.

Densitas partikel dari suatu material membantu untuk menentukan kecepatan suara. Kecepatan suara akan berganti pada saat berpindah dari suatu medium ke medium lain. Elastisitas material juga dapat menjadi faktor yang mempengaruhi kecepatan suara.

Panjang gelombang adalah perbandingan dari kecepatan (bernilai tetap) dibagi frekuensi (nilainya dapat diubah-ubah). Pada ultrasonic testing cacat terkecil yang dapat dideteksi oleh alat adalah sebesar ½ lamda. Karena itu, untuk mendeteksi ukuran yang lebih kecil kita harus memperbesar frekuensi.

Tipe Transmisi

Ada beberapa jenis transmisi yang dapat digunakan pada ultrasonic testing :

Through Transmission modePemancar gelombang ultrasonik (emitter) terpisah dengan detector yang menerima gelombang. Gelombang yang ditransmisikan dapat berupa gelombang pendek maupun gelombang yang kontinyu. Kualitas material

Page 7: ULTRASONIC INSPECTION (Repaired).docx

6

|

yang diuji diukur berdasarkan energi yang hilang karena perambatan gelombang suara pada material.

Reflected (pulse-echo) Transmission ModePemancar gelombang ultrasonik (emitter) menyatu dengan detector yang menerima gelombang.Gelombang dengan waktu singkat ditransmisikan ke dalam material yang akan diuji. Gelombang ini akan memantul dari jalur dimana terdapat cacat. Lalu pantulan yang telah diterima ditampilkan pada cathode ray tube (CRT)

Tipe ScanScan digunakan untuk menginterpretasikan gelombang yang sudah dipantulkan ke material. Dari scanner kita akan dapat mengetahui dimana letak cacat dalam material. Beberapa tipe scan :

A Scan (single pulse – ice pick)Menerima amplitudo gelombang yang direpresentasikan sebagai perpindahan tempat sepanjang satu sumbu dan waktu rambat gelombangnya direpresentasikan sebagai perpindahan pada sumbu yang lain. A scan lebih kompleks karena seluruh pantulan ditampilkan, sehingga sinyal (dinding belakang material, waterpath) harus sangat diperhatikan

Page 8: ULTRASONIC INSPECTION (Repaired).docx

7

|

B Scan (cross section)Dipresentasikan dalam grafik dua dimensi, dalam koordinat persegi, dimana waktu rambat gelombang ultrasonik direpresentasikan sebagai perpindahan tempat sepanjang satu axis, dan pergerakan transducer merepresentasikan perpindahan tempat sepanjang axis yang lain

C Scan (defect location map)Dipresentasikan ke dalam grafik dua dimensi dimana pantulan gelombang pada diskontinuitas (cacat) ditampilkan melalui tampak atas pada permukaan material yang dites. Biasanya tidak ada keterangan mengenai kedalaman cacat .

Page 9: ULTRASONIC INSPECTION (Repaired).docx

8

|

D ScanDipresentasikan dalam grafik dua dimensi, dimana nilai waktu tempuhnya ditampilkan dalam tampak atas permukaan sampel. D scan ini merupakan C Scan yang telah dimodifikasi sehingga nilai amplitudonya ditampilkan.

Peralatan Ultrasonic TestingPantulan gelombang ultrasonik menghasilkan gelombang elektrik dengan tegangan tinggi dalam waktu yang singkat. Gelombang ini diberikan ke transducer yang akan mengubahnya menjadi getaran mekanik yang lalu diberikan ke material yang akan diuji.

Page 10: ULTRASONIC INSPECTION (Repaired).docx

9

|

Gelombang ultrasonik yang biasa dipakai pada NDT memiliki spesifikasi sebagai berikut :

Panjang gelombang : 1 – 10 mm Frekuensi : 0.1 – 15 MHz, tetapi kebanyakan kurang dari 10 MHz Kecepatan suara : 1 – 10 km/s

Gelombang suara dengan persentase besar dipantulkan dari permukaan depan sampel ke transducer. Gelombang suara yang dipantulkan ke transducer diubah kembali menjadi gelombang listrik yang ditampilkan ke cathode ray tube (CRT) sebagai gelombang vertikal.

Metode PengujianSecara umum ada dua metode dalam ultrasonic testing :

Contact TestingTransducer ditempelkan ke material melalu sebuah lapisan tipis couplant

Immersion testing

Page 11: ULTRASONIC INSPECTION (Repaired).docx

10

|

Material dan transducernya dicelupkan ke dalam sebuah tanki berisi couplant (biasanya air)

CouplantsKegunaan utama couplant adalah untuk membantu membuat permukaan menjadi lebih rata sehingga gelombang suara yang ditransmisikan tidak tersebar. Material yang bertindak sebagai couplant harus basah dan memiliki kontak penuh antara permukaan sampel dengan transducer.

Sifat-sifat couplant :

Dalam couplant tidak boleh ada udara karena udara adalah konduktor yang buruk untuk suara

Couplant menghaluskan permukaan sampel yang kasar Couplant harus mudah dipakai dan mudah dihapus. Couplant juga tidak

boleh merusak permukaan sampel.

Couplant biasanya terbuat dari minyak atau air dicampur dengan gliserin (perbandingan air dengan gliserine 2 : 1). Couplant yang lebih berat seperti gemuk atau minyak yang berat dapat digunakan pada permukaan yang vertikal atau kasar.

Page 12: ULTRASONIC INSPECTION (Repaired).docx

11

|

Permukan sampel sangat mempengaruhi perambatan gelombang ultrasonik. Permukaan yang kasar dapat mengakibatkan efek yang tidak diinginkan seperti amplitudo diskontinuitas dan permukaan belakang yang tidak terbaca karena distorsi pada arah gelombang

TransducersTransducer gelombang ultrasonic terbuat dari piezoelectric materials. Kristal yang biasa digunakan antara lain :

KuarsaMerupakan material yang paling pertama digunakan sebagai transducer. Kuarsa memiliki karakteristik frekuensi yang stabil. Namun, kuarsa adalah penghasil energi yang buruk dan sudah sering diganti dengan material lain yang lebih efisien.

Lithium SulfateMerupakan receiver yang sangat efficient namun rapuh, larut dalam air dan penggunaannya terbatas sampai temperatur dibawah 165°F.

Keramik yang telah dipolarisasiMenghasilkan energi yang paling efisien tapi memiliki kecenderungan untuk aus. Keramik yang sering digunakan antara lain, barium titanate, timbal metaniobate, dan timbal zirconate/titanate.

Kemampuan transducer dideskripsikan ke dalam tiga karakteristik :

1. Senstivitas : kemampuan untuk mendeteksi cacat kecil2. Resolusi : kemampuan untuk memisahkan pantulan suara dari dua buah

cacat yang letaknya dekat3. Efisiensi : keefektifan dalam konversi energi

Material transducer biasanya dipotong dengan dua cara :

Dipotong tegak lurus sumbu x, akan menghasilkan gelombang longitudinal

Page 13: ULTRASONIC INSPECTION (Repaired).docx

12

|

Dipotong tegak lurus sumbu y, akan menghasilkan gelombang transversal

Frekuensi transduser merupakan faktor penting dalam pengujian ultrasonik.

1. Semakin besar frekuensi transduser, semakin sedikit gelombang suara yang tersebar dan semakin baik sensitivitas dan resolusinya. Jika gelombang suara tersebar, gelombang tersebut akan lebih sedikit terpantul dari cacat yang kecil.

2. Semakin kecil frekuensi transduserm semakin dalam penetrasi suara dan semakin sedikit tersebar. Semakin banyak gelombang tersebar dapat membantu mendeteksi pemantul yang tidak tegak lurus terhadap sumbu gelombang suara.

3. Keebalan kristal juga berpengaruh terhadap frekuensi transduser. Semakin tinggi frekuensi transducer, semakin tipis kristalnya.

Kebanyakan ultrasonic testing dilakukan antara 0,2 MHz sampai 25 MHz tetapi kristal yang digunakan untuk frekuensi 10 MHz ke atas sangat tipis dan rapuh sehingga biasanya frekuensi transduser maksimal 10 MHz. Transduser yang memiliki frekuensi lebih dari itu biasanya digunakan pada immersion testing.

Kelebihan Ultrasonic Testing Mempunyai kekuatan penetrasi yang tinggi sehingga bisa digunakan pada

material dengan ketebalan samapi 6 meter. Memiliki sensitivitas tinggi, sehingga bisa mendeteksi cacat yang sangat kecil Memiliki akurasi yang lebih baik dari metode NDT lainnya dalam menentukan

posisi, orientasi ukuran, dan bentuk cacat internal Hanya membutuhkan satu permukaan yang dapat diakses Tidak berbahaya bagi operator dan orang di sekitarnya Bersifat portable Outputnya bisa diproses dengan computer untuk mengetahui karakteristik

cacat dan untuk menentukan sifat sifat material.

Kekurangan Ultrasonic Testing Pengoperasian secara manual harus dilakukan  oleh teknisi yang

berpengalaman Pengetahuan taknik yang baik dibutuhkan untuk mengembangkan prosedur

inspeksi Bagian yang tidak rata, ketidakteraturan bentuk, komponen yang sangat

kecil atau sangat tipis, atau yang tidak homogen sulit diinspeksi Dibutuhkan reference standards untuk pengkalibrasian dan untk mengetahui

karakteristik cacat

Page 14: ULTRASONIC INSPECTION (Repaired).docx

13

|

Referensi

Lavender, J. D. Ultrasonic Testing of Steel Castings. Steel Castings Research & Trade Association Sheffield. England

http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Ultrasonics/Introduction/description.htm

http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Ultrasonics/Introduction/presentstate.htm

http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Ultrasonics/Introduction/futuredirection.htm

http://material12-its.blogspot.com/2011/09/kesma-ultrasonic-test-training-and.html