METODA UJI TANPA RUSAK ( UTR ) UMUM : KEUNTUNGAN UTR : BEBERAPA UJI TIDAK MERUSAK METODA : UJI ULTRASONIK

Transkripsi

1 METODA UJI TANPA RUSAK ( UTR ) UMUM : Uji tanpa Rusak UTR UTR : Metoda fisis untuk menentukan kondisibahan tanpa merusak bahan. Pengujian karakteristik bahan dilakukan secara tidak langsung, tetapi melalui karakteristik yang dapat dihubungkan dengan kondisi yang sebenarnya. KEUNTUNGAN UTR : Tidak merusak bahan Dilakukan dilapangan (dilokasi alat / bahan) Dapat dilakukan pada bahan sebanyak yang diinginkan, disesuaikan dengan kondisi dengan bahan yang akan diuji. BEBERAPA UJI TIDAK MERUSAK Uji Visual (VT) Uji Liquid Penetrant (PT) Uji Magnetik Partikel (MT) Uji Ultrasonik ( UT ) Uji Radiography ( RT ) Uji Edy Current (ET) Uji Acustic Emision (AE) Uji Leak ( Kebocoran ) Uji Analisa Komposisi kimia Uji Kekerasan Uj Ketebalan bahan. Dll METODA : UJI ULTRASONIK METODA ULTRASONIK 1

2 Gelombang Ultrasonik berfrekuensi tinggi (1 MHz s/d 10 MHz) ditembuskan kedalam bahan. Dalam penjalarannya didalam bahan, gelombang ultrasonik akan memantul setiap kali menjumpai bidang pantul (termasuk cacat), gelombang pantul dapat diterima oleh probe, maka indikasinya dapat diamati melalui layar CRT (Cathode Ray Tube). Melalui indikasi yang muncul pada CRT lalu dianalisa untuk mengetahui cacat bahan, untuk mendapatkan cacat seakurat mungkin, dalam scaning disediakan probe dengan berbagai jenis probe ( dimensi, frequency dan berbagai sudut probe ). DASAR-DASAR ULTRASONIK Gelombang Ultrasonik adalah gelombang mekanik seperti gelombang suara yang frekuensinya > 20 KHz. Gelombang ini dapat dihasilkan oleh probe yang bekerja berdasarkan perubahan energi listrik menjadi energi mekanik dan sebaliknya, selama perambatanya didalam material dipengaruhi oleh sifat-sifat bahan, misalnya: Massa jenis, homoginitas, besar butir kekerasan dan lain-lain. Gelombang ultrasonic ini dapat dipakai untuk mengetahui tebal bahan, dan ada tidaknya cacat didalam bahan. Gelombang ultrasonic dapat dipantulkan dan dibiaskan oleh permukaan batas antara dua bahan yang berbeda, dari sifat pantulan pantulan tersebut dapat ditentukan: tebal bahan, lokasi cacat & ukuran cacat, yang tegak lurus terhadap arah rambatan gelombang. Dengan menggunakan teknik gema, cacat yang letaknya agak jauh dari permukaan akan lebih mudah dideteksi, sedangkan yang sangat dekat dengan permukaan lebih sukar diperiksa. Untuk mendeteksi cacat lebih akurat dibuatkan probe sudut yang arah rambatannya membuat sudut tertentu. Dalam penggunaannya probe dikontakan langsung pada benda uji melalui kuplan yang sangat tipis disebut teknik kontak lansung, dapat pula dilakukan teknik rendam (Immersion). METODA ULTRASONIK 2

3 Ukuran cacat tidak dapat ditentukan dengan tepat karena hanya permukaan yang tegak lurus terhadap arah rambatan saja yang dapat terdeteksi, penentuan ukuran cacat dapat dilakukan dengan cara membandingkan amplitudo gelombang pantul dari cacat tersebut terhadap cacat refrensi. Misal: Cacat refrensi berbentuk silinder atau berbentuk lingkaran datar yang bidangnya tegak lurus terhadap arah rambatan gelombang. PRINSIP DASAR UJI ULTRASONIK. Untuk memeriksa tebal bahan atau cacat didalam suatu bahan dapat dilakukan dengan tiga cara yaitu: Teknik Resonasi Tekni Transmisi Teknik Gema Teknik gema dengan kontak langsung paling banyak digunakan baik pengujian di laboratorium ataupun di lapangan. TEKNIK RESONANSI. SIGNAL AMPLIFIER HIGH FREKUENSI GENERATOR WITH VARIABLE F CRT Probe SWEEP VOLTAGE GENERATOR BENDA UJI Tebal bahan dapat di ukur dengan cara mengukur frekuensi / panjang gelombang ultrasonic yang dapat menimbulkan Resonansi Maximum pada bahan tersebut. Adanya cacat dapat dideteksi dengan terjadinya perubahan resonansi, karena jarak bahan yang beresonansi berubah. METODA ULTRASONIK 3

4 TEKNIK TRANSMISI. TRANSMITING PROBE Standar uji RECEIVING PROBE High Frekuensi Generator AMPLIFIER % Intensity CACAt Benda Uji AMPLIFIER % Intensity Adanya cacat didalam bahan dapat diketahui dari adanya penurunan intensitas gelombang ultrasonic yang diterima oleh probe penerima, sedangkan tebal bahan tidak digunakan untuk pengujian dengan teknik ini. TEKNIK GEMA Tebal bahan, lokasi dan besarnya cacat dapat diketahui dari waktu rambat dan amplitudo gelombang yang diterima oleh probe. METODA ULTRASONIK 4

5 GELOMBANG ULTRASONIK. Di alam ini dikenal bermacam-macam gelombang, misal : Gelombang Elektromagnetik (gel radio, cahaya, sinar x, γ dsb) Gelombang listrik (arus listrik). Gelombang Mekanik (suara, musik) Gelombang UT adalah gelombang Mekanik seperti suara yang frekuensinya > 20k.Hz, gelombang ini mempunyai besaran- besaran fisis seperti : Panjang gelombang (λ), Kecepatan rambat (V), waktu gatar (T), Amplitudo (A). Frekuensi (F), Soun Path = (S), Koefisien Refleksi material = ( r ), Intensitas gelombang = ( I ), Factor atenuasi material = (μ) dsb. Formula yang berlaku bagi gelombang suara berlaku pula bagi gelombang UT, missal: λ = F V S = v. t Sin α / Sin β = V 1 / V 2... (Sinellius) 2 2 I 1 / I 2 = r 2 / r 1... (Last sguer law) It = I 0. e -μ.t. (Attenuation) Hukum seperti : Hamburan, Difraksi, Dispersi dan hukum gelombang lainnya berlaku pula bagi gelombang ultrasonik. Untuk bahasan selanjutnya diutamakan perhitungan jarak. Panjang gelombang, pantulan dan Pembiasan. METODA ULTRASONIK 5

6 Dalam perambatan pada bahan yang sama V dan F dianggap tetap (konstan). Dalam berbagai bahan F selalu dianggap tetap, kecepatan rambat bahan (V) merambat tergantung pada jenis bahan dan mode gelombang. Frekuensi yang sering digunakan untuk Uji Tanpa Rusak umumnya antara 250 KHZ 15MHZ, untuk pemeriksaan las digunakan F 2 MHZ 4 MHZ. CARA PERAMBATAN GELOMBANG. Untuk menggambarkan cara merambatnya gelombang Ultrasonik pada bahan, digambarkan sebagai atom yang saling terikat melalui pegas. Force atom pegas METODA ULTRASONIK 6

7 MODE / GELOMBANG Dari cara bergetar dan perambatanya, gelombang Ultrasonik dapat menjalar didalam bahan dengan berbagai mode. MODE LONGITUDINAL : Mode longitudinal terjadi bila gelombang Ultrasonik merambat pada suatu arah sejajar gerakan atom yang digetarkan. Gelombang long (longitudinal / pressure wave), dapat merambat pada semua bahan (gas, cair, padat) λ F F V λ V MODE TRANSVERSAL. Mode transversal terjadi bila gelombang UT merambat pada arah tegak lurus pada arah gerakan atom yang digetarkan. Gelombang transversal / Shear wave hanya dapat merambat pada benda padat. λ F V T F λ V METODA ULTRASONIK 7

8 D I R E C T I O N O F P R O P A G A T I O N D I R E C T I O N O F P R O P A G A T I O N MODE PERMUKAAN. Mode permukaan terjadi bila gel UT transversal merambat pada permukaan, gerakan atom berbentuk ELLIPS (Surface Releigh wave). Hanya merambat pada permukaan bahan benda padat pada kedalaman max 1 λ. particle Direction of propagation Medium Surface Particle motion Tranducer Discontinuity (Crack) Test specimen MODE PELAT. Mode pelat terjadi bila gel Longitudinal merambat pada bahan plat tipis yang tebalnya kurang dari ½ λ. gerakan atom yang bergetar berbentuk ELLIPS. Gel plat / lamb wave merambat pada seluruh benda uji plat tipis, berbentuk simetris atau asimetris. THIN SHEET (PLATE) SYMETRICAL PLATE WAVES ASYMETRICAL METODA ULTRASONIK 8

9 PERUBAHAN MODE. Gelombang UT yang merambat dalam suatu bahan, dapat berubah mode, dari satu mode ke mode lain. perubahan ini terjadi misalnya karena : PANTULAN atau PEMBIASAN. Mode berubah kecepatan rambat berubah, sedangkan F tetap akibatnya λ berubah. KEMAMPUAN DETEKSI. Cacat terkecil yang dapat dideteksi oleh gelombang ultrasonik adalah : Ǿ min = 1 / 2 λ KECEPATAN RAMBAT DAN PANJANG GELOMBANG. Kecepatan rambat (v) gelombang Ultrasonik dalam suatu bahan tergantung pada jenis bahan yang dilalui oleh mode gelombang tersebut. Gelombang Longitudinal (V L ) : V L = E 1 - τ ρ (1+ τ) (1-2τ) Gelombang Transversal. (V T ). V T = E 1 ρ 2 (1+ τ) Dimana : E = Modulus elastisitas ρ = Massa Jenis τ = Rasio Posion V L dan V T, sudah dihitung / tersedia pada tabel untuk berbagai jenis material. METODA ULTRASONIK 9

10 Untuk mode pelat kecepatan rambat tidak hanya tergantung pada jenis bahan. Tetapi tergantung pula pada tebal bahan & frekuensinya untuk itu sulit dirumuskan. Missal bila F diketahui maka λ dapat dihitung. TRANSMISI & PANTULAN PADA PERMUKAAN YANG TEGAK LURUS PADA ARAH RAMBATAN. Bila gelombang ultrasonik menjalar dari bahan I ke bahan II tegak lurus pada permukaan batas ke II bahan tersebut, maka sebagian gelombang akan diteruskan sedangkan sebagian lagi dipantulkan. Intensitas yang diteruskan / dipantulkan tergantung pada koefisien transmisi / refleksinya. R = W2 W1 W1 + W2 2 W1 = ρ 1. V1 W2 = ρ 2. V2 D = I R. Dimana : R = Koefisien Refleksi D = Koefisien Transmisi W = Impendansi Akustik ρ = Massa Jenis V = Kecepatan Rambat Besarnya impendansi akustik dan kecepatan rambat tidak usah dihitung tinggal lihat ditabel. METODA ULTRASONIK 10

11 Misal : Bahan 1 Oli W = 1,5. 10 kg / m 2 s Bahan 2 Baja W = 46,5. 10 kg / m 2 s ,5 1,5 45 R = R = 46,5 + 1,5 = 48 = 0, 88 atau 88% D = 1 0,88 = 0,12 atau 12% Ini berarti bahwa 88% dari gelombang yang datang dari oli akan dipantulkan kembali oleh permukaan baja, dan hanya 12% yang diteruskan kedalam baja, sebaliknya bila gelombang datang dari baja, maka 88% akan dipantulkan kembali oleh permukaan baja dan hanya 12% saja yang diteruskan ke dalam oli. ATENUANSI. Dalam perambatannya gelombang ultrasonik juga mengalami pengurangan intensitas, baik karena PENYEBARAN, ABSORSI, maupun HAMBURAN oleh butiran, juga dipengaruhi oleh frequensi yang melalui bahan tersebut. Rumus atenuasi : It = I 0. e γ t I 0 It Dimana : I o = Intensitas mula-mula I t = Intensitas setelah melalui tebal t γ = Koefisien atenuasi t METODA ULTRASONIK 11

12 Pengurangan amplitudo sebagai akibat atenuasi untuk berbagai harga γ dapat ditunjukan dalam tabel. Harga γ untuk baja dan Al bila frekuensi gelombang 2 MHz adalah 10 x 10-3 db/mm sedangkan untuk besi 100 x 10-3 db/mm. db (decibel) adalah satuan tingkat kekuatan gelombang dan didefinisikan sbb : db = -20 log Oleh karena itu besi tuang lebih banyak mengatenuasi gel ultrasonic dibanding dengan baja ( Al ), terutama bila digunakan F yang lebih tinggi. Karena ukuran butiranya lebih besar, ukuran butir yang lebih besar akan banyak menghamburkan gelombang kearah lain. PANTULAN DAN PEMBIASAN. Gelombang ultrasonik yang datang pada permukaan batas akan dipantulkan & dibiaskan mengikuti hukum snellius. L α αt αl T L Material 1 = V1 = Material 12 = V2 V1 βl L βt T METODA ULTRASONIK 12

13 Misal : Gelombang datang dari perspeks dengan sudut datang 10 0, masuk kedalam baja. Perspeks = V 1 L = 2,73 x 10 3 m/s, V 1 T = 1,43 x 10 3 m/s Baja = V 2 L = 5,9 x 10 3 m/s, V 2 T = 3,23 x 10 3 m/s Analisa Bidang Pantul : Gel Long = = 1 αl = α = 10 0 Gel Transv = Sin αt =. Sin 10 0 =. 0,174 = 0,0909 αt = 5,22 0 Analisa Bidang Bias : Gel Long = L = = 0 =. 0,174 = 0,376 βl = 22, 09 0 Gel Transv = Sin βt =. Sin 10 0 =. 0,174 = 0,20 βt = 11,88 0 = 12 0 Bila sudut datang diperbesar maka pada suatu posisi α tertentu akan menyebabkan βl = membentuk sudut 90 0 Artinya gelombang longitudinal yang dibiaskan merambat pada permukaan batas (α k 1 ) disebut sudut kritis I contoh diatas. METODA ULTRASONIK 13

14 Sin α k 1 / Sin βl = V 1 L / V 2 L Sin α k 1 = (2,73 / 5,9) x Sin 90 0 Sin α k 1 = 0,463 α k 1 27,56 0 = 28 0 Bila sudut datang lebih besar dari 28 0 maka seluruh gelombang longitudinal akan dipantulkan kembali ke perspek & didalam baja hanya merambat gelombang transversal saja. Bila sudut datang terus diperbesar maka pada suatu posisi tertentu βt = 90 0 artinya gelombang transversal merambat pada permukaan batas, kondisi ini disebut sudut kritis ke II. (α k 2 ), kondisi ini menghasilkan gelombang permukaan. Sin α k 2 / Sin βt = V 1 L / V 2 T Sin α k 2 = (2,73 / 3,23) x Sin 90 0 Sin α k 2 = 0,845 α k 2 = 57,69 0 = 58 0 V1 T T α k 1 L α k 2 V1 L V2 βl V2 βt Sudut kritis I. β T Sudut kritis II. Bila sudut datang diperbesar terus, gelombang transversal & longitudinal dipantulkan seluruhnya dan pada sudut datang 65 0 terjadi gelombang permukaan murni. PENGARUH KUPLAN. Fungsi Kuplan yaitu untuk memudahkan merambatnya gelombang dari probe kedalam benda uji, karena apabila antara probe dan benda uji terdapat udara METODA ULTRASONIK 14

15 Signal Amplitude maka hampir 100 % gelombang akan dipantulkan kembali kedalam probe. Pada teknik kontak langsung, bila permukaan halus lapisan kuplan sangat tipis tidak mempengaruhi arah rambatan tapi mempengaruhi amplitudo dari indikasi yang timbul pada layar, maka dari itu untuk pengukuran besarnya cacat tekanan yang diberikan ke dalam probe diusahakan konstan. Oli adalah kuplan yang cukup baik, tetapi ada yang lebih baik daripada oli yaitu Gliserin, selain itu juga ada yang dapat digunakan sebagai kuplan diantarnya : elmulsi air, air, stempet, kanji dan lain sebagainya. Dalam aflikasinya kuplan disesuaikan dengan benda uji. Surface Roughness ( µm) Amplitudo Transmitted (db) Steel 30 F = 5 M.H.Z size 10 x10 Glycerine 100 % Surface Roughness, Type of Couplant -20 glycerine 50% + water and Signal Amplitude glycerine 25% + water water Beam Path distance (mm). Oil METODA ULTRASONIK 15

16 D B S Attenuation Beam Spread ECHO SIGNAL HEIGHT (DB) HB1 HB2 Beam Path Distanc ATTENNUATION DUE Scattering TO BEAM SPREAD & SCATTERING H (B) Beam Spread (A) Beam Spread HBS Transfer Loss Scattering HS Attenuation by Scattering 0 T 2T Attenuation by beam spread Reflection Loss ATTENUATION DURING TRANSMISION. SUMBER DAN PENERIMA GELOMBANG Suara dapat ditimbulkan melalui berbagai cara. Misalnya mekanik (memukul, memetik) atau dengan cara elektronik melalui transduser (pengeras METODA ULTRASONIK 16

17 suara) dsb. Gelombang ultrasonik dapat ditimbulkan oleh perubahan energi listrik ke energi mekanik dari transduser yang disebut PROBE, melalui efek PIEZOELEKTRIC dan MAKNETROSTRIKTIF. Kedua efek ini reversible dapat terjadi dari listrik ke mekanik dan sebaliknya, karena sifat reversible maka probe dapat berfungsi sebagai sumber dan penerima gelombang ultrasonik. EFEK PIEZOELEKTRIK. Efek ini terjadi pada kristal bahan tertentu seperti barium titanat, kuarsa dsb. Bila kristal menerima tegangan listrik, dimensi kristal akan berubah, dan apabila aliran listrik dimatikan maka dimensi kristal akan kembali ke dimensi semula dan terjadi getaran. + + m v. Bila kristal ditempatkan pada benda lain maka getaran akan diteruskan dan merambat kedalam benda uji. makin tinggi tegangan yang diberikan pada kristal amplitude getaran makin besar. Frekuensi getaran tergantung pada dimensi kristal METODA ULTRASONIK 17

18 piezoelectric, makin tipis ( tebal kristal ) maka frekuensi yang timbul makin BESAR. Sebagai contoh : tebal kristal 1mm untuk barium titanate dapat menghasilkan gelombang ultrasonic 2,2 MHz. Kristal piezoelectric dengan kontak listriknya diberi wadah keseluruhanya disebut probe. PROBE : Kristal tunggal Probe tunggal Kristal ganda Probe kembar / ganda Bila bidang permukaan Kristal sejajar dengan bidang permukaa probe disebut probe NORMAL, gelombang yang keluar adalah gelombang LONGITUDINAL & arah rambatannya tegak lurus terhadap permukaan probe. Bila bidang permukaan tidak sejajar antara kristal dengan permukaan probe. disebut probe SUDUT gelombang yang masuk kebenda uji adalah gelombang TRANSVERSAL dan membentuk sudut tertentu misalnya sudut 45 0, sudut 60 0, Sudut, jadi ada 4 macam probe : Probe Normal tunggal Probe Normal kembar (TR). Probe sudut tuggal Probe sudut kembar Dan probe sudut UNIVERSAL. kristal kristal couplant couplant METODA ULTRASONIK 18 Benda Uji Benda Uji

19 EPEK MAKNETOSTRIKTIF. Beberapa macam bahan seperti : Baja, ferrit, nikel dan paduaanya dapat berubah dimensainya bila berada dalam magnet yang kuat. Bahan ini mempunyai sifat effek maknetostriktif, medan magnet yang timbul dari kumparan yang dilalui arus listrik. Bahan ini akan berubah dimensinya bila arus listrik dihentikan dan kembali ke semula dan bergetar, menimbulkan getaran UT. Juga sebaliknya gel UT datang pada bahan. Dalam bahan akan terjadi medan magnet, menginduksi kumparan sehingga terjadi tegangan listrik. Medan magnet ini menginduksi kumparan sehingga terjadi tegangan listrik yang selanjutrnya diperkuat untuk penditeksian. Untuk mengurangi panas sebagai akibat arus yang timbul pada bahan maknetostriktif, bahan ini dibuat berlapis-lapis seperti inti transformator. Bahan maknetostriktif juga mempunyai sipat reversible. GEOMETRI GELOMBANG. METODA ULTRASONIK 19

20 Seperti pada gelombang suara, gelombang UT yang keluar dari probe dan merambat pada benda uji, membentuk pola penyebaran 3 dimensi ke semua arah. Intensitas maximum terjadi pada arah sumbu kristal piezoeleotrik (central beam). Meskipun menyebar ke semua arah, dalam akustik di tetapkan batas-batas intensitas dimana gelombang masih dapat dimanfaatkan untuk pengukuran yaitu 10% (-20 db), terhadap intensitas maximum (central beam) pada setiap penampang lintang. T Dead zone 10% ~ -20 db D γ Central beam 100% ~ 0 db N F 10 % ~ -20 db Didaerah medan dekat N gel merambat secara silindris (tidak menyebar), arah dan intensitas gel tidak teratur, daerah ini pengukuran tidak teliti. Didaerah medan jauh (F), gel menyebar secara konis, arah dan intensitas gel teratur, pengukuran lebih teliti. Medan dekat (N) N = D 2 F / 4V. Sudut penyebaran (γ) Sin γ = V / D.F Formula lain METODA ULTRASONIK 20

21 Sin γ = 1,22 λ = Sin γ = 1,22 V / D.F Dimana : N = Medan dekat D = diameter off kristal f = frekuensi V = kecepatan rambat λ = panjang gelombang Jadi terlihat N makin besar bila D dan f besar, dan sebaliknya γ makin besar bila D dan f kecil, dan sebaliknya Hal ini dapat dipakai sebagai bahan pertimbangan dalam melakukan pengukuran. Pengukuran bahan tipis dapat dilakukan dengan probe yang diameternya kecil sehingga N kecil atau dengan probe kembar / ganda. Untuk benda tebal dapat dilakukan denganmenggunakan probe yang diameternya besar, sehingga intensitasnya semakin kecentral beam, penetrasi gelombang semakin baik walaupun, N semakin besar. Untuk itu dalam penggunaan probe, factor diatas harus diperhatikan. METODA ULTRASONIK 21

22 PESAWAT ULTRASONIK. Prinsip pesawat UT tergantung pada tehnik yang digunakan. peralatan untuk tehnik resonansi berbeda dengan. Peralatan untuk tehnik gema / transmisi. Diagram dibawah ini rangkaian yang biasa digunakan untuk tehnik gema. Timer Sweep CRT Acceiver Trans mitter Amplipier Probe S = V. t Test piece Pesawat ini pengukuran yang dilakukan berdasarkan pada pengukuran waktu dan tegangan. Pengukuran waktu yang dilakukan melalui skala horizontal diterjemahkan untuk pengukuran jarak (s) sedangkan pengukuran tegangan untuk skala vertikal adalah untuk mengetahui besarnya cacat skala horizontal dan vertical ini harus linier, agar hasil pemeriksaan menjadi akurat / teliti. METODA ULTRASONIK 22

23 METODA ULTRASONIK 23

24 METODA ULTRASONIK 24

25 CARA BEKERJA PESAWAT : METODA ULTRASONIK 25

26 Secara simgkat pesawat UT bekerja sebagai berikut : Layar merupakan bagian depan dari suatu tabung hampa, bagian dalam layar dilapisi zat fluresen yang dapat menyala terang bila tertembak electron, electron berasal dari sumber yang terletak dibagian belakang tabung hampa. Antara sumber electron dan layar terdapat lempeng vertikal dan horizontal dan pengaturan focus. Lempeng mempengaruhi gerakan horizontal, juga lempeng horizontal mempengaruhi gerakan vertical dari sinar electron dalam perjalanan menuju layar. Berkas electron yang terfocus mengenai layar menimbulkan bintik yang menyala. Bila lempeng A,B,C,D tidak diberi tegangan maka sinar electron akan jatuh ditengah layar bintik nyala. Bila lempeng A lebih positip dari pada B, bintik nyala akan berpindah ke titik 1, besarnya perpindahan tergantung besarnya beda tegangan antara lempeng A & B dan apabila lempeng B lebih positip bintik nyala akan berpindah ke titik 2, demikian pula dengan lempeng C dan D. Bila lempeng C dan B diberi tegangan tertentu maka bintik nyala akan berpindah ke skala 0, dalam keadaan ini bila lempeng D diberi tegangan secara bertahap maka bintik nyala akan bergerak kearah skala 10 dan bila tegangan D dihilangkan maka bintik nyala kembali ke O. A METODA ULTRASONIK 26 B C D Tabung hampa CRT

27 0 t2 t1 2t2 3t2 2t1 t3 Untuk pengaturan selanjutnya diatur dengan mengatur tombol-tombol range / time base skala horizontal dan vertical. Dengan mengatur tombol, kecepatan garakan bintik nyala dari skala O ke 10 dapat disesuaikan dengan kecepatan gerakan gelombang ultrasonik didalam benda uji hal ini dilakukan pada waktu kaibrasi jarak. Probe mempunyai hubungan langsung dengan pemancar juga melalui lempeng A melalui penguat pada saat pemancar memberikan tegangan pada kristal. Kristal mulai bergetar mengeluarkan gelombang ultrasonik, sehingga pada layar akan terjadi penyimpangan bintik nyala kearah vertical dan menghasilkan pulsa awal. Bila gelombang ultrasonik dipantulkan kembali dan ditangkap oleh probe maka pada saat penerimaan gelombang ini, bintik nyala ini juga akan menyimpang vertikal menghasilkan indikasi. METODA ULTRASONIK 27

28 Makin besar kekuatan gel pantulan, makin tinggi amplitudo yang terjadi pada layar, dari lokasi indikasi yang terjadi, dapat diketahui lokasi dari permukaan pemantul /cacat. Pulsa awal merupakan petunjuk, bahwa gelombang mulai dipancarkan, mempunyai lebar tertentu, dimana pada daerah selebar pulsa tersebut. Pengamatan pantulan gel tidak dapat dilakukan daerah ini disebut Dead zone. DISPLAY HASIL PENGUKURAN. Salah satu jenis pesawat ultrasonik menggunakan layar sebagai display, dimana indikasi yang 0 timbul akibat pantulan gelombang dapat memberikan 5 10 informasi tentang jarak / lokasi permukaan pantulan (skala horizontal) dan Jarak amplitudo (skala vertical), presentasi ini disebut SCAN A. SCAN - A Dari presentsi scan A dapat digabungkan dengan system lain yang dapat menggambarkan letak cacat pada suatu penampang lintang dari benda uji yang diperiksa, presentasi ini disebut SCAN-B. Bila scan A digabungkan dengan posisi probe diseluruh permukaan benda uji maka diperoleh lokasi cacat dilihat dari permukaan atas presentasi ini disebut SCAN-C. Display digital dilakukan dengan mengambil dasar seperti pada SCAN-A, hanya jarak yang dapat Dipersentasikan misalnya Thicknees meter. Scan -C t tc tc METODA ULTRASONIK 28 Scan - B

29 FUNGSI TOMBOL. Fungsi tombol pada umumnya sama meskipun berbeda pembuatnya. METODA ULTRASONIK 29

30 Fungsi tombol yang penting adalah : 1. Tombol nyala / mati. 2. Tombol gain. Tombol gain kasar perubahan 20 db. Tombol gain halus perubahan 2 db (< 2 db). 3. Tombol supresi untuk membatasi atau menghilangkan gangguan (noise). 4. Tombol fungsi untuk memilih jenis probe 5. Tombol range ( daerah ukur / time base ). 6. Tombol penggeser pulsa ( delay line ). 7. Tombol pulsa monitor untuk memunculkan atau menghilangkan pulsa monitor pada layar / dari layar. 8. Tombol pengatur lebar atau lokasi pulsa monitor. 9. Tombol pengatur focus, untuk mempertajam garis / titik nyala. 10.Tombol pengatur batas daerah ukur yang diperiksa untuk analisa cacat. 11.Tombol pengatur suara apabila di stel kemungkinan terjadinya cacat / pantulan yang terdeteksi. 12. Tombol pengatur lebar pulsa. 13. Tombol untuk charger 14.Tombol untuk dihubungkan dengan peralatan lain METODA ULTRASONIK 30

31 KLIBRASI. KALIBRASI JARAK PROBE NORMAL TUNGGAL METODA ULTRASONIK 31

32 Kalibrasi dimaksudkan untuk menyesuaikan skala pada layar misal Dengan jangkauan dari gelombang ultrasonic dalam benda uji / blok kalibrasi. Gelombang yang merambat didalam benda uji / blok kalibrasi adalah gelombang longitudinal sebelum melakukan kalibrasi jarak tempuh harus diketahui telebih dahulu tebal benda uji yang akan diukur kira-kira t BU? Setelah itu tentukan range? R > t BU Misal t BU = ± 90 mm R = 100 n = R t std = = 4 Indikasi pulsa Indikasi I = R 25 Skala layar 25 = 10 = 2, x 25 II = x 25 III = x 25 IV = = 5 10 = = 10 V1 25 Block Standar Check kalibrasi. V1 231 METODA ULTRASONIK 32 Lucite

33 t Lucite = 23 = 50 steel 50 2 x50 I. 10 = 5 II = 10 Check ke t = = V1 100 Mengukur Tebal Benda Uji t Bu = x 100 = 80 mm mmmm 80 mm 40 m m 60 mm tc = 4 / = 40 mm t Bu2 = x 100 = 60 mm KALIBRASI JARAK PROBE NORMAL METODA ULTRASONIK 33

34 TEST RANGE (mm) PROBE DIARAHKAN KE TEBAL 25 mm PADA V1 INDIKASI PULSA PADA SKALA LAYAR I II III IV V VI VII VIII IX X PROBE DIARAHKAN KE TEBAL 100 mm PADA V Untuk kalibrasi jarak Range 200 Probe diarahkan keketebalan 100 untuk memudahkan kalibrasi. KALIBRASI JARAK PROBE NORMAL KEMBAR Kalibrasi jarak tempuh untuk range lebih besar dari 20/25 mm caranya sama seperti kalibrasi probe normal tuggal. Sedangkan untuk range dibawah 25 mm kalibrasi dilakukan sebagai berikut : missal R= 10mm menggunakan standar v w. METODA ULTRASONIK

35 Indikasi : x Skala layar : x 10 = 4 Indikasi : x 10 = Mengukur cheeking ke ketebalan yang lain 5 Indikasi : x 10 = 5 Kalibrasi OK KALIBRASI JARAK PROBE SUDUT Pelaksanaan kalibrasi jarak dengan probe sudut lebih sukar dari pada probe normal, karena posisi probe harus tepat, pada garis acuan yang telah dibuat dalam standar blok tersebut. Karena posisi probe yang tepat akan mengasilkan indikasi yang amplitudonya maximum. Sebelum melakukan kalibrasi jarak probe sudut harus sudah diketahui : 1. Titik index (exite poin), METODA ULTRASONIK 35

36 2. Penyimpangan sudut probe, Untuk menentukan range (jarak jangkau) kalibrasi harus dicari dulu sound path (S). Misal tebal benda uji = 20 mm, sudut probe 60 0 R > S S = t S β S = / cos 60 = 80 Dari hasil perhitungan missal S = 80 mm maka R = 100 Probe diarahkan ke radius Indikasi : 1. x 10 = x 10 = Chek kalibrasi probe diarahkan ke METODA ULTRASONIK

37 Indikasi = (50 / 100) x 10 = 5 Bila perlu chek lagi kearah radius 100 mm. di layar akan muncul pada skala (100 / 100) x 10 = 10 Kalibrasi jarak missal R = Indikasi : x Skala layar I = x 10 = 4 II = x 10 = 8 Setelah melakukan kalibrasi jarak tempuh sesuai dengan jarak jangkau yang dikehendaki pada layar dan sudah yakin benar. Untuk selanjutnya melakukan pemeriksaan cacat pada benda uji missal sambungan las. KALIBRASI JARAK DENGAN PROBE SUDUT TEST RANGE (MM) PROBE DIARAHKAN KE PULSA MUNCUL DILAYAR HARUS PADA SKALA I II III IV V METODA ULTRASONIK 37

38 100 Radius Radius Radius 25 Radius 50 Radius Radius 25 Radius 50 Radius Radius 25 Radius 50 Radius Radius 25 Radius 50 Radius Radius Radius Radius KALIBRASI ALAT ( PESAWAT UT ) Setiap kali akan digunakan, pesawat UT harus dikalibrasi dengan bantuan blok kalibrasi. Misalnya dengan blok kalibrasi V1,V2. Kalibrasi alat ini harus diperiksa linieritasnya baik skala horizontal maupun vertical PEMERIKSAAN LINIERSITAS HORISONTAL; Pemeriksaan dimaksudkan untuk meyakinkan bahwa skala horizontal linier. Buat range 250 mm pada layar. Tempatkan probe pada ketebalan 100. V1. METODA ULTRASONIK 38

39 Atur pulsa pada skala 4 dan 8, selanjutnya tempatkan probe pada ketebalan 25 V1, amati setiap indikasi pulsa. Indikasi: 25 V1 X =.db % FSH 60% FSH Apabila tepat pada skala 1 s/d 10 maka skala horizontal linier. PEMERIKSAAN LINIERITAS VERTIKAL Pemeriksaan dimaksudkan untuk meyakinkan bahwa skala vertical adalah linear untuk itu diusahakan pada layar dapat ditimbulkan dua buah indikasi yang amplitudonya 2: ± 10 % ± 5 % METODA ULTRASONIK 39 1,8 1,9 2 2,1 2,2

40 X db I % II % Ratio I/II X ,05 X X= X X ,95 X ,95 X-8-1,9 X-10 1,9 pesawat UT adalah linier. Skala vertical linear apabila ratio berada pada range toleransi yang diijinkan atau linier pada berapa % FSH % FSH sesuai referensi standar range toleransi. PEMERIKSAAN LINIERITAS TOMBOL GAIN. Pemeriksaan dimaksudkan untuk meyakinkan bahwa step tombol dari 80 % % FSH -6Db 40 % V Amplitudo Perubahan Amplitudo Amplitudo Keterangan Awal (%) 80 Gain (db) -6 Actual - Akhir (%) METODA ULTRASONIK 40

41 PEMERIKSAAN RESOLUSI V1 Apabila resolusinya baik indikasi harus dapat memperlihatkan perbedaan jarak yang sangat berdekatan pada skala 8,5 ; 9,1; SENSITIVITAS DAN RESOLUSI Sensitivitas dan resolusi dari sistim pesawat UT tergantung pada alat elektronik dan probenya Sensitivitas : adalah kemampuan system untuk menditeksi pemantul kecil yang letaknya jauh dari permukaan, sedangkan Resolusi : adalah kemampuan system untuk membedakan dua permukaan pemantul yang sangat berdekatan. Sensitivitas dan resolusi merupakan dua faktor KURAN KURANG yang saling mempengaruhi G artinya bila Sensitivitasnya baik resolusinya kurang BAIK baik sedangkan bila resolusinya baik sensitivitasnya kurang baik. Demikiaan pula alat elektroniknya untuk memperoleh sistim yang resolusinya baik di perlukan 0probe 2 dan 4 alat 6elektronik 8 10 yang baik besaran sentivitas biasanya relatip yang satu mungkin laebih baik dari yang lain SENSITIVITAS RESOLUSI KURANG BAIK METODA ULTRASONIK

42 PEMERIKSAN TITIK INDEK. Titik indek perlu diketahui lokasinya karena titik ini merupakan titik nol dari setiap pengukuran jarak. Dilakukan sebagai berikut : V1 MAX Titik Index Lama Titik Index Baru METODA ULTRASONIK 42

43 Kesalahan / ketidak telitian dalam menentukan letak titik indeks akan mengakibatkan kesalahan dalam menentukan letak cacat /reflector. Kesalahan letak titik indek terhadap spesipikasi pabrik maks ± 2 skala. Bila telah melebihi 2 skala probe harus diperbaiki atau tidak dipakai. PEMERIKSAN SUDUT PROBE Sudut bias gelombang yang masuk kedalam benda uji dapat diukur dengan beberapa macam cara, tetapi sebelumnya titik indeks harus diketahui lokasinya. MAX V Titk indek Dengan cara interpolasai sudut probe yang sebenaranya adalah Misalnya Sudut probe X MAX Y=15 Titik β METODA ULTRASONIK 43 Indek probe Θ=

44 Ukur jarak X dan Y. Y = 15 sudah standar, x = diukur dari titik indeks sudut probe tan β dapat dicari. Sudut probe yang diperkenankan toleransinya ± 2 probe harus diperbaiki jangan langsung digunakan. IMERSION TEHNIK Biasanya sistim imersion (rendam) ini digunakan untuk pengukuran secara otomatis, dimana sistim scan A digabungkan dengan gerakan probe terhadap permukaan BU dalam sistem terpadu sehingga menghasilkan Scan B dan Scan C. mengingat jarak permukaan BU jauh maka harus ditentukan jarak minimum yang tidak akan mengganggu pengukuran. VL air Jarak air d air VL baja Tebal baja METODA ULTRASONIK 44

45 Waktu yang diperlukan oleh gelombang untuk merambat dari probe ke permukaan BU adalah : t air = d air /VL air pantulan kedua terjadi dalam selang waktu t air. jadi supaya pantulan ke 2 dan seterusnya tidak mengganggu dari permukaan di dalam BU (antara permukaan 1 dan 2) Maka t bj = d bj / VL bj < t ai Karena V bj = 4 V air, maka : d bj < 4 d air atau d air > ¼ d bj. Jadi jarak probe permukaan I harus lebih besar dari ¼ d bj (tebal BU). Untuk dapat membaca skala lebih teliti range dapat diperkecil dan indikasi permukaan I dapat digeser ke skala 0. R I 0 d air 5 tc t BU METODA ULTRASONIK 45 d Air tc Tebal benda uji

46 MENENTUKAN LOKASI DIMENSI CACAT LAMINASI DENGAN PROBE NORMAL. LANGKAH KERJA : 1. Tentukan / ukur BU. Tebal = tentukan range R > 40 R= Lakukan kalibrasi jarak OK 4. mencari cacat laminasi ukur BU dq UT tebal / Back Wal. R % TBU T BU = (8,2 / 10) x 50 = Kalibrasi gain sensitivity, buat indikasi menjadi 100% FSH catat G =..db + 6 db =..db = Gain Operasi METODA ULTRASONIK 46

47 ?? 5. Pencarian cacat laminasi teknik 6 db drop db % 50 % ,2 tc Ujung cacat 10 0 tc = (4 / 10) x 50 = 20 TEKNIK EKUALISASI % Equel ,2 10 tc Ujung cacat? Tc = (4 / 10) x 50 = 20 HASIL UJI CACAT LAMINASI? METODA ULTRASONIK 47 BU t BU

48 MENENTUKAN LOKASI DAN DIMENSI CACAT MENGGUNAKAN PROBE SUDUT LANGKAH KERJA : 1. Mengukur t BU t =.. missal t = menentukan sudut probe β =. missal sudut menentukan titik indeks probe, Check sudut bias probe 4. menentukan range R > R 20 cos 60 = 40 R = 100 t cos β 5. lakukan kalibrasi jarak Check OK 6. lakukan kalibrasi gain sensitivity, 2t cos β V1 o Ø1,5 100% FSH Max G = db + 6 db METODA Gop ULTRASONIK =..db 48

49 7. memeriksa cacat pada BU 0 10 t analisa cacat Leg 2 Leg 1 Cacat Leg 1 = Sc < t/cos β Leg 2 = Sc > t/cos β Sc < 2t/cos β Menentukan Lokasi & Dimensi Cacat L 50 % 100 % 50 % Max 100% R 100% Px 0 2 2,5 10 X Pc % - 6 db t c - 50 % 0 2,5 Sc = dilihat dilayar Sc = (2,5/10) x 100 = 25 mm Px = diukur pada BU Pc = dihitung Pc = Sc. Sin β METODA ULTRASONIK 49

50 X = Px Pc L = diukur pada BU tc = dihitung leg 1 tc = Sc. cos leg 2 tc = 2t Sc cos β Hasil Pengukuran?????? t BU MENENTUKAN LOKASI & DIMENSI CACAT LAS Langkah kerja 1. Ukur tebal BU. t = 20 mm 2. Cari cacat laminasi, tidak ada cacat laminasi Teruskan 3. Memilih sudut probe menentukan sudut probe mencek sudut probe 4. Menentukan range R = t / cos β ; 2t / cos β Misal t = 20 R > / cos 60 = 80 R = Melakukan kalibrasi jarak OK 6. Melakukan Kalibrasi gain sensitivity o 100 % V1 Ø1,5 Max G = db + 6 db Gop =.db Pemeriksaan Sambungan las METODA ULTRASONIK 50

51 Penentuan scaning area P = 2.t. tg β HAZ P = 2.t. tg β Analisa cacat las Px Pc Sc Untuk leg 1 Sc < t / cos β = 20 / cos 60 = Sc < 40 Untuk leg 2 Sc > t / cos β ; Sc < 2t / cos β 40 < Sc < 80 Max Leg 1 Leg METODA ULTRASONIK 51

52 Penentuan Lokasi & Dimensi Cacat Las Pc tc 100 % Max 50 % x L 100 % 50 % -6dB 100 % 50 % HASI UJI SAMBUNGAN LAS Sc = dilihat dilayar Px = diukur pada BU 12 Pc 20= Sc. Sin β dihitung X = Px Pc L = diukur pada BU SCAN - B tc = untuk leg 1 tc = Sc. cos β0 leg 2 tc = 2t Sc. cos β Y METODA ULTRASONIK 52 SCAN - C

53 Penentuan Lokasi Cacat Perhitungan jarak dapat dilakukan seperti pada pengukuran tebal. Misal pada layar timbul indikasi Sbb Maka tebal bahan ( d ) d = (6 / 10) x 200 = 120 mm METODA ULTRASONIK 53

54 Lokasi Cacat ( dc ) dc = (4,5 /10 ) x 200 = 40 mm Pantulan ke 2 dari cacat adalah pada skala 9 Jadi pada bahan yang tebalnya 120 mm terdapat cacat pada kedalaman 40 mm dari permukaan BU. Bila indikasi yang terjadi jumlahnya cukup banyak maka indikasi harusl dianalisa satu persatu dimulai dari pulsa pertama. Misal pada layar dikalibrasi dengan Range 200 dilayar muncul pulsa sebagai berikut : Misal terdapat 7 buah indikasi pada layar Indikasi 1 Lokasi ; (2,5 / 10) x 200 = 50 mm dalamnya cacat 1 METODA ULTRASONIK 54

55 Indikasi 2 Lokasi ; (4,5 / 10) x 200 = 90 mm dalamnya cacat 2 Indikasi 3 Lokasi ; 100 pantulan 2 dari cacat 1 Indikasi 4 Lokasi ; (6 / 10) x 200 = 120 mm back wall (tebal benda uji) Indikasi 5 Lokasi ; 150 mm pantulan 3 dari cacat 1 Indikasi 6 Lokasi ; 180 mm pantulan 2 dari cacat 2 Indikasi 7 Lokasi ; 200 mm pantulan 4 dari cacat 1 PENGUNAAN PROBE SUDUT Probe sudut hanya digunakan untuk menentukan lokasi dan besar cacat yang memiliki permukaan yang membentuk sudut terhadap permukaan benda uji. Penentuan Lokasi Cacat dengan probe sudut : Penentuan lokasi cacat dengan probe sudut memerlukan ketelitian yang lebih baik dibanding probe normal karena dituntut suatu kondisi indikasi dilayar harus maximal agar diyakini bahwa cacat berada pada central beam. Max β METODA ULTRASONIK 55

56 Untuk mendapatkan indikasi maximal probe harus digerakan maju mundur kekiri dan kekanan METODA ULTRASONIK 56

57 KALIBRASI JARAK Kalibrasi jarak menggunakan probe sudut berbeda dengan probe normal, pengukuran dengan probe sudut memungkinkan 3 macam jarak, yang bias ditampilkan pada layar. Jarak tempuh (S) Jarak proyeksi diukur dari titik indeks, diukur dari ujung probe (a) Jarak tempuh kearah tebal (a) P Pc a t β S t 1 t 2 Bila salah satu jarak telah diketahui maka jarak yang lain dapat ditentukan. Sin β = P / S METODA ULTRASONIK 57

58 Cos β = 2t / S P = 2t tg β = S Sin β t 1 = Sc. Cos β S = 2t / cos β P / sin β t 2 = 2t Sc Cos β Kalibrasi jarak proyeksi Misal kalibrasi probe sudut 45 0 dan R = 200 mm Jarak tempuh 100 mm jarak proyeksinya = 100 x Sin 45 0 = 70,7 mm Jadi indikasi pada layar harus diletakan pada skala : Indikasi I = (70,7 / 200) x 10 = 3,5 Skala layar II = 2. 70,7 / 200 = 7,1 Skala layar R ,5 7, P 1 P 2 METODA ULTRASONIK 58

59 Dengan menempatkan indikasi pada skala 3,5 dan 7,1 diperoleh range 200 mm jarak proyeksi dari titik indeks probe. Pemakaian Skala DGS (Distance Gain Size) berdasarkan standard DIN Amplitudo suatu indikasi tergantung pada letak permukaan pemantul/cacat (distance), gain dan dimensi permukaan pemantul/cacat tersebut (size). Makin jauh letak cacat dan dengan gain yang kecil serta makin kecil dimensi cacat, maka makin kecil pula amplitudo indikasi dari cacat tersebut. Krautkramer secara teoritis dengan percobaannya telah membuktikan adanya hubungan antara besaran-besaran tersebut di atas dan berhasil membuat hubungan antara besaran tersebut dalam diagram dan skala DGS dengan syarat bahwa permukaan dianggap datar/rata dan berbentuk lingkaran dua dimensi. Karena diagram dan skala ini dipengaruhi oleh probe dan pesawat yang digunakan, maka dibuatkan diagram dan skala untuk berbagai jenis probe, range, frekuensi dan dimensi dan pesawat ultrasonik. Untuk itu krautkramer membuat skala dengan kode-kode tertentu disesuaikan dengan faktor-faktor tersebut. Misal untuk pesawat USK, USL dan USM dibuatkan skala DGS dengan kode huruf MAN untuk probe normal dan kode huruf MA untuk probe sudut. Untuk memasukkan faktor frekuensi probe, sudut probe dan range dibuatkan kode angka misal skala DGS MAN 242 adalah untuk probe B.4 SN atau MB4SN dengan range 2 x 250 mm = 500 mm. METODA ULTRASONIK 59

60 Skala DGS MA 442 adalah untuk probe MWB 45 dengan range 2 x 50 mm = 100 mm dan jarak proyeksi dari ujung probe. Untuk dapat menggunakan skala DGS langsung maka perlu dilakukan kalibrasi, baik gain maupun jarak sehingga amplitudo langsung menunjukkan dimensi cacat dalam satuan mm DGS. Distance: A Gain: V Size: G DISTANCE AMPLITUDO CORRECTION ( DAC ) Kurva DAC adalah salah satu cara dari standard ASME untuk menentukan dimensi cacat relative terhadap suatu referensi cacat tertentu (menggunakan Basic Calibration Block / BCB). Untuk itu terlebih dahulu harus di buat kurva DAC dari cacat referensi berupa lubang bor sisi atau berupa takikan pada block BCB 1/4 2/4 T 3/4 B CB R = 10/4 T 100% DAC TBCB = 3/4 in ( 19 mm) Probe sudut = 60 0 Size = 8 x 9 mm 50% DAC METODA ULTRASONIK Frekuensi = 4 Mhz Kurva DAC

61 20% DAC Setelah kurva DAC diperoleh amplitudo dari indikasi cacat dibandingkan dengan kurva DAC dan dapat dihitung persentase perbandingan antara amplitude kurva DAC untuk jarak yang sama dan ukuran cacat referensi yang sama. METODA ULTRASONIK 61