BAB I

Pendahuluan

A. Latar Belakang

Pengujian material adalah cara untuk mengetahui karakteristik material,

baik dari sifat fisik, kimiawi, kelistrikan, dan lain sebagainya. Tujuan dilakukan

karakterisasi material ini adalah untuk dapat mengetahui suatu material dapat

diaplikasikan pada bidang yang sesuai dengan sifat-sifat material tersebut.

Misalnya, sebuah baja akan diuji dengan beberapa macam metode pengujian

untuk didapatkan nilai kekerasannya, ultimate tensile strength yang dia punya,

sampai pada nilai kekuatannya untuk dapat menahan aus.

Pengujian material ini dibagi menjadi dua macam, yaitu pengujian dengan

merusak material (destructive test/DT) dan pengujian dengan tidak merusak

material (non-destructive test/NDT). Untuk DT, karena sifatnya merusak, maka

sample yang dipakai hanya sebagian kecil dari benda yang mau kita uji. Uji tarik,

uji impak, uji keras, dan uji aus adalah macam-macam pengujian merusak, yang

sudah cukup lama digunakan dalam bidang industri. Kelemahannya, untuk

dilakukan pengujian tersebut, mesin atau alat yang akan kita uji harus dalam

kondisi sudah tidak terpakai lagi sehingga kita dapat mengambil beberapa bagian

untuk dijadikan sampel.

Sedangkan untuk NDT, tidak perlu seperti itu. Cukup aplikasikan metode

yang akan digunakan dan hasil akan didapatkan sehingga dalam industri sekarang

ini banyak menggunakan NDT. Hasil yang diberikan juga hampir sama seperti

hasil yang diberikan jika menggunakan DT, namun kebanyakan hasilnya adalah

berupa indikasi adanya failure seperti crack. Metode-metode yang dipakai dalam

NDT adalah Liquid Penetrant Testing (LPT), Eddy Current Testing, Radiography

Testing, Visual Testing, Infrared Testing, dan Magnetik Particle Testing (MPT).

MPT sama dengan LPT, gunanya untuk mendapatkan indikasi-indikasi crack yang

ada pada material. Bedanya, MPT cukup praktis digunakan untuk menguji hasil

1

lasan (welding) karena dapat dilakukan dalam waktu yang relatif lebih singkat

dibandingkan dengan LPT.

Dalam makalah ini, akan membahas tentang Magnetik Particle Testing dan

aplikasinya berupa pembahasan ulang (review) sebuah jurnal yang menggunakan

MPT dan metode-metode lain sehingga didapatkan kesimpulan berupa penyebab

terjadinya kegagalan yang dialami oleh benda tersebut.

B. Tujuan Makalah

Tujuan pembuatan makalah ini adalah untuk memenuhi kriteria penilaian

dari dosen mata kuliah Pengujian Material, Teknik Metalurgi dan Material,

Universitas Indonesia. Diharapkan, setelah dilakukan pembuatan makalah ini,

serta merta dapat menambah ilmu bagi penyusun dalam menguji suatu material.

2

BAB II

Landasan Teori

A. Definisi

Secara teori, inspeksi partikel magnetik (MPT) adalah sebuah konsep yang

relatif sederhana. Hal ini dapat dianggap sebagai kombinasi dari dua metode

pengujian non-destruktif: pengujian magnetik dengan kebocoran fluks magnet dan

pengujian visual. Setiap tempat yang garis gaya magnetik keluar atau masuk

magnet disebut tiang. Sebuah tiang di mana garis gaya magnet keluar magnet

disebut kutub utara dan kutub di mana garis gaya magnet masuk ini disebut kutub

selatan.

Ketika magnet tersebut retak tapi tidak rusak sama sekali, kutub utara dan

kutub selatan akan terbentuk di setiap tepi retak. Medan magnet keluar dari kutub

utara dan kembali masuk di kutub selatan. Medan magnet menyebar ketika

bertemu celah udara kecil yang diciptakan oleh retak karena udara tidak dapat

mendukung medan magnet. Ketika celah membesar, sehingga tampak seperti

lubang pada benda tersebut, dengan demikian disebut medan kebocoran fluks

magnet.

Partikel-partikel besi, yang dapat bereaksi dengan magnet, ditaburkan ke

permukaan magnet sehingga partikel tersebut akan berkumpul bukan hanya di

sekitaran kutub-kutub magnetnya saja, namun pada kutub daerah retak juga.

Karena sekumpulan partikel ini lebih mudah diamati dibandingkan dengan retak

yang asli, sehingga ini menjadi dasar teori dari inspeksi partikel magnetik.

3

Gbr. 1. Skema garis fluks mengalir melewati kedua cacat tegak lurus dan sejajar,

dan kebocoran fluks yang terjadi di sekitar cacat tegak lurus.

Pada awal 1920-an, William Hoke menyadari bahwa partikel magnetik

dapat digunakan sebagai alat menemukan cacat jika digunakan dengan magnet.

Hoke menemukan bahwa permukaan atau bawah permukaan cacat dalam bahan

magnet menyebabkan medan magnet mendistorsi dan melampaui bagian cacat

tersebut. Penemuan ini membawa perhatiannya ke toko mesin. Dia melihat bahwa

grindings metal dari hard steel parts membentuk pola seperti crack pada

permukaannya. Saat bubuk feromagnetik ditaburkan, terjadi pengumpulan serbuk

tersebut pada suatu titik sehingga terbentuk indikasi cacat.

Pada awal 1930-an, inspeksi partikel magnetik menggantikan metode

minyak dan kapur sirih (bentuk awal dari inspeksi penetran cair/LPT) sebagai

metode pilihan oleh industri kereta api untuk memeriksa boiler mesin uap, roda,

as roda, dan trek. Saat ini, metode inspeksi MPT digunakan secara luas untuk

memeriksa kegagalan dalam berbagai macam komponen. Contohnya, MPT

digunakan untuk memeriksa bahan-bahan seperti baja dalam bentuk bar dan

kekurangan lainnya sebelum mengaplikasikannya ke dalam pembuatan

komponen. Komponen otomotif diperiksa setelah fabrikasi untuk memastikan

bahwa bagian-bagian yang rusak tidak ikut masuk ke ruang stok. MPT juga

digunakan untuk memeriksa beberapa komponen yang telah dipakai dalam jangka

waktu yang cukup lama (biasa dilakukan saat service berkala). MPT dapat pula

digunakan untuk mengevaluasi integritas hasil las struktural di jembatan, tangki

penyimpanan, dan infrastruktur lainnya.

4

Standar yang digunakan untuk pengujian ini:

International Organization for Standardization (ISO)

ISO 3059, Non-destructive testing - Penetrant testing and magnetik

particle testing - Viewing conditions

ISO 9934-1, Non-destructive testing - Magnetik particle testing - Part 1:

General principles

ISO 9934-2, Non-destructive testing - Magnetik particle testing - Part 2:

Detection media

ISO 9934-3, Non-destructive testing - Magnetik particle testing - Part 3:

Equipment

ISO 17638, Non-destructive testing of welds - Magnetik particle testing

ISO 23279, Non-destructive testing of welds - Magnetik particle testing of

welds - Acceptance levels

European Committee for Standardization (CEN)

EN 1290, Surface Crack Testing

EN 1330-7, Non-destructive testing - Terminology - Part 7: Terms used in

magnetik particle testing

EN 1369, Founding - Magnetik particle inspection

N 10228-1, Non-destructive testing of steel forgings - Part 1: Magnetik

particle inspection

EN 10246-12, Non-destructive testing of steel tubes - Part 12: Magnetik

particle inspection of seamless and welded ferromagnetik steel tubes for

the detection of surface imperfections

EN 10246-18, Non-destructive testing of steel tubes - Part 18: Magnetik

particle inspection of the tube ends of seamless and welded ferromagnetik

steel tubes for the detection of laminar imperfections

American Society of Testing and Materials (ASTM)

ASTM E1444-05

ASTM A 275/A 275M Test Method for Magnetik Particle Examination of

Steel Forgings

ASTM A456 Specification for Magnetik Particle Inspection of Large

Crankshaft Forgings

5

ASTM E543 Practice Standard Specification for Evaluating Agencies that

Performing Nondestructive Testing

ASTM E 709 Guide for Magnetik Particle Testing Examination

ASTM E 1316 Terminology for Nondestructive Examinations

ASTM E 2297 Standard Guide for Use of UV-A and Visible Light

Sources and Meters used in the Liquid Penetrant and Magnetik Particle

Methods

Keuntungan menggunakan inspeksi partikel magnetik:

Dapat menemukan cacat di permukaan yang saling berdekatan, bahkan

cacat pada sub-permukaan

Praktis dan murah

Pemeriksaan cepat dengan hasil langsung

Indikasi yang terlihat langsung pada permukaan spesimen

Dapat memeriksa bagian dengan bentuk yang tidak beraturan

Keterbatasan menggunakan inspeksi partikel magnetik:

Spesimen harus feromagnetik (misalnya baja, besi cor)

Pembersihan post-demagnetisasi dan pasca-demagnetisasi sering

diperlukan

Sensitivitas kedalaman maksimum biasanya 0.100 inch sehingga mungkin

memerlukan penghapusan lapisan atau plating untuk mencapai sensitivitas

yang diinginkan.

Keselarasan antara fluks magnetik dan cacat sangat mempengaruhi proses

inspeksi

B. Magnet dan Arus Listrik

Magnet adalah faktor penting dalam pengujian ini. Hanya material yang

dapat ditarik oleh magnet yang dapat digunakan dalam pengujian ini. Jenis

material dibagi menjadi tiga macam berdasarkan sifat kemagnetannya, yaitu

diamagnetik, paramagnetik atau feromagnetik. Material diamagnetik memiliki

sifat kemagnetan yang lemah. Saat diberi medan eksternalpun, setelah medan

6

dihilangkan, material diamagnetik tidak mempertahankan sifat magnetiknya sebab

electron pada material ini semuanya berpasangan sehingga tidak ada momen

magnetik permanen per atom. Contoh dari material diamagnetik, yaitu tembaga,

perak, dan emas. Material paramagnetik memiliki sifat kemagnetan yang lebih

besar dibandingkan diamagnetik sehingga dapat sedikit tertarik oleh medan

magnet. Walaupun begitu, material ini tetap tidak bisa mempertahankan sifat

magnetiknya ketika medan eksternal dihapus. Sifat paramagnetik disebabkan

adanya beberapa elektron yang tidak berpasangan dan dari penataan kembali jalur

elektron yang disebabkan oleh medan magnet eksternal. Contoh material

paramagnetik, yaitu magnesium, molibdenum, lithium, dan tantalum.

Sedangkan material feromagnetik memiliki sifat magnetik yang besar.

Mereka menunjukkan daya tarik yang kuat untuk medan magnet dan mampu

mempertahankan sifat magnetik mereka setelah bidang eksternal telah dihapus.

Material feromagnetik memiliki cukup banyak elektron tidak berpasangan

sehingga atom mereka memiliki momen magnetik bersih. Mereka mendapatkan

sifat magnetik yang kuat karena kehadiran domain magnetik. Dalam domain ini,

atom dalam jumlah besar yang selaras menyebabkan gaya magnet dalam domain

yang kuat. Ketika material feromagnetik dalam keadaan unmagnitized, domain

yang hampir secara acak terorganisir dan medan magnet bersih menjadi nol.

Ketika kekuatan magnetizing diterapkan, domain menjadi selaras untuk

menghasilkan medan magnet yang kuat. Besi, nikel, dan kobalt adalah contoh

material feromagnetik.

Arus listrik sering digunakan untuk membentuk medan magnet dalam

komponen selama inspeksi partikel magnetik. Arus bolak-balik (AC) dan arus

searah (DC) adalah yang umum digunakan saat ini. Jenis arus yang digunakan

dapat memiliki efek pada hasil pemeriksaan. Arus searah (DC) mengalir terus

menerus dalam satu arah pada tegangan konstan. Baterai adalah sumber yang

paling umum dari arus searah. Arus DC digunakan ketika memeriksa cacat sub-

permukaan karena arus DC menghasilkan medan magnet yang menembus lebih

dalam ke dalam bahan. Dalam bahan feromagnetik, medan magnet yang

dihasilkan oleh arus DC umumnya menembus seluruh penampang komponen.

Sedangkan alternating current/arus bolak-balik (AC) membalikkan arah pada

7

tingkat 50 atau 60 siklus per detik. Sejak arus AC sudah semakin banyak tersedia,

maka lebih mudah untuk inspeksi partikel magnetik. Namun, ketika arus AC

digunakan untuk menginduksi medan magnet dalam bahan feromagnetik, medan

magnet akan terbatas pada wilayah yang sempit pada permukaan komponen.

Fenomena ini dikenal sebagai "efek kulit" dan terjadi karena perubahan medan

magnet menghasilkan eddy current di benda uji. Eddy current menghasilkan

medan magnet yang menentang bidang utama, sehingga mengurangi fluks

magnetik net di bawah permukaan. Oleh karena itu, arus AC hanya digunakan

ketika pemeriksaan cacat terbatas pada permukaan benda saja. Seiring

perkembangan zaman, arus AC dapat dikonversi menjadi arus DC melalui proses

perbaikan dengan menggunakan rectifier.

C. Peralatan untuk MPT

Gbr. 2. Ilustrasi retak yang ada pada suatu benda

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, salah satu syarat utama untuk

mendeteksi cacat dalam material ferromagnetik adalah bahwa medan magnet

induksi di benda uji harus memperangkap cacat pada sudut 45-90 derajat. Medan

magnet yang orthogonal dengan cacatnya akan menghasilkan indikasi terkuat.

Oleh karena itu, untuk pemeriksaan yang tepat dan akurat, penting untuk dapat

membangun medan magnet setidaknya dua arah. Beberapa benda dapat dijadika

sumber magnet, seperti magnet permanen. Magnet ini sangat kuat dan mungkin

memerlukan kekuatan yang signifikan untuk menghapusnya dari sepotong logam.

Beberapa magnet permanen membutuhkan lebih dari 50 pon kekuatan untuk

menghapus medan magnetnya dari permukaan. Karena sulit untuk menghapus

magnet dari komponen yang diperiksa, dan kadang-kadang sulit untuk

8

menempatkan magnet, sehingga jarang sekali digunakan dalam MPT. Namun,

magnet permanen kadang-kadang digunakan oleh para penyelam untuk inspeksi di

lingkungan bawah laut. Magnet permanen juga bisa dibuat cukup kecil untuk

masuk ke daerah sempit di mana elektromagnet mungkin tidak cocok.

Contoh lainnya adalah elektromagnet. Sebagian besar peralatan yang

digunakan untuk membuat medan magnet yang digunakan dalam MPT didasarkan

pada elektromagnetisme. Artinya, menggunakan arus listrik untuk menghasilkan

medan magnet. Alatnya disebut dengan yoke.

Gbr. 3. Yoke untuk memagnetisasi benda uji

Prods adalah elektroda genggam yang menempel pada permukaan

komponen yang diperiksa untuk melakukan kontak untuk melewati arus listrik

melalui logam sehingga dapat membentuk medan magnet. Arus yang ada

menciptakan medan magnet melingkar di sekitar prods yang dapat digunakan

dalam inspeksi partikel magnetik. Prods biasanya terbuat dari tembaga dan

memiliki pegangan terisolasi untuk membantu melindungi operator.

Gbr. 4. Portable prod unit

9

Jika kontak yang tidak tepat antara prods dan permukaan komponen, busur

listrik dapat terjadi dan menyebabkan kerusakan komponen. Untuk alasan ini,

penggunaan prods tidak diperbolehkan ketika memeriksa benda-benda

kedirgantaraan dan komponen penting lainnya.

D. Indikator Medan Magnet

Menentukan apakah medan magnet dalam kondisi stabil dan dalam arah

yang tepat sangat penting saat melakukan pengujian partikel magnetik. Seperti

telah dibahas sebelumnya, mengetahui arah medan magnet penting karena harus

tegak lurus terhadap cacat setidaknya 45 derajat dari garis normal.

Sebenarnya tidak ada metode yang mudah dinerapkan untuk mengukur intensitas

medan pada titik tertentu dalam suatu material. Untuk mengukur kekuatan medan,

perlu mencegat garis fluks. Ini tidak mungkin jika tidak memotong benda uji.

Namun demikian, ada sejumlah alat dan metode yang tersedia yang digunakan

untuk menentukan keberadaan dan arah medan sekitar komponen. Salah satunya

adalah menggunakan pie gage.

Pie gage adalah disk tembaga yang sangat permeable dan disk ini dibagi

menjadi empat, enam, atau delapan bagian oleh bahan nonferromagnetik. Garis

pembaginya berfungsi sebagai cacat buatan, dengan arah yang berbeda dari pusat.

Diameternya 1 inch. Umumnya digunakan untuk dry particle testing. Cara

pengoperasiannya pun sama dengan dry particle testing.

Gbr. 5. Pie gage

Sebuah pie gage ditempatkan pada sisi tembaganya dan diadakan kontak

dengan komponen sebagai medan magnet dan partikel magnetiknya ditaburkan.

Indikasi cacat memberikan representasi visual dari arah cacat dalam komponen.

Pie gages bekerja dengan baik pada permukaan datar, tetapi jika permukaan

cekung atau cembung, pembacaan yang tidak akurat dapat terjadi.

10

Keuntungan utama dari pie gage adalah mudah digunakan dan dapat

digunakan tanpa batas waktu jika tanpa kerusakan. Kelemahannya adalah pie gage

mempertahankan beberapa medan magnet sisa, hanya dapat digunakan di daerah-

daerah yang relatif datar, dan tidak dapat dipercaya jika digunakan untuk

penentuan bidang cacat di multiarah magnetisasi.

E. Jenis Partikel Magnetik

Seperti disebutkan sebelumnya, partikel magnetik digunakan sebagai

indikasi cacat. Partikel tersebut akan berkumpul di sekitar bidang cacat. Pigmen

dalam bentuk cat, diaplikasikan dan terikat pada permukaan benda uji untuk

memberikan warna partikel. Logam yang digunakan untuk partikel magnetik

memiliki permeabilitas magnet yang tinggi dan retentivity rendah. Permeabilitas

magnet yang tinggi adalah penting karena membuat partikel mudah tertarik ke

medan magnet dari diskontinuitas. Retentivity rendah adalah penting karena

partikel harus kuat terhadap gaya magnet yang ada sehingga mereka tidak

menempel satu sama lain. Partikel tersedia dalam campuran kering atau solusi

basah.

Partikel magnetik kering

Partikel magnetik kering biasanya dapat dibeli dalam warna merah, hitam,

abu-abu, kuning dan beberapa warna lainnya sehingga tingkat kontras yang tinggi

antara partikel dan bagian yang diperiksa dapat dicapai. Ukuran partikel magnetik

juga sangat penting. Partikel halus sekitar 50 mm (0,002 inch) dan partikel kasar

sekitar 150 mm (0,006 inci). Partikel halus lebih sensitif terhadap bidang cacat

dari diskontinuitas yang sangat kecil. Namun, karena terlalu kecil sehingga terlalu

beresiko dalam penggunaannya, partikel magnetik kering yang kasar lebih banyak

dipakai. Pemakaian partikel magnetik kering ini harus dalam ruangan karena

mudah sekali terbawa angin sehingga dapat mengurangi sensitivitas pemeriksaan.

11

Gbr. 6. Partikel magnetik dengan berbagai warna

Bentuk partikel ini juga penting. Partikel yang ramping dan panjang cenderung

mudah menyesuaikan diri sepanjang garis gaya magnet. Namun, penelitian telah

menunjukkan bahwa bubuk partikel kering ini proses aplikasi akan kurang dari

yang diinginkan. Partikel ini tidak memiliki kemampuan untuk mengalir bebas

dan membentuk "awan elektron" yang mengambang di komponen. Oleh karena

itu, partikel bulat dan pendek ditambahkan. Campuran partikel bulat-pendek dan

ramping-panjang menghasilkan bubuk kering yang mengalir dengan baik dan

mempertahankan sensitivitasnya dengan baik.

Partikel magnetik basah

Partikel magnetik juga ada dalam suspensi basah seperti air yang

mengandung aditif atau distilat minyak bumi. Penggunaan suspensi minyak lebih

jarang digunakan karena lebih mudah menguap dibandingkan air. Di sisi lain,

minyak itu sendiri memiliki sifat yang baik dalam pembasahan benda uji sehingga

kapilaritasnya tinggi. Aditif yang ditambahkan ke air seperti inhibitor korosi dan

agen pembasahan untuk meningkatkan kapilaritasnya. Metode pengujian partikel

magnetik basah umumnya lebih sensitif daripada kering karena suspensi

memberikan partikel mobilitas lebih dan memungkinkan partikel yang lebih kecil

untuk dapat dimanfaatkan. Kondisi basah juga membuatnya mudah untuk

menerapkan partikel seragam untuk daerah yang relatif besar.

12

Gbr. 7. Suspensi partikel magnetik

Partikel magnetik basah berbeda dari produk bubuk kering. Salah satunya

adalah bahwa partikel dapat terlihat dengan menggunakan sinar ultraviolet dengan

memancarkan warna neon yang mudah sekali diamati. Selain itu, ada juga partikel

yang bisa terlihat walaupun tanpa pengaruh sinar ultraviolet (nonfluorescent).

Kebanyakan partikel nonfluorescent adalah oksida besi feromagnetik, yang hitam

atau berwarna coklat. Partikel-partikel yang digunakan dengan metode basah lebih

kecil dari yang digunakan dalam metode kering, dengan ukuran 10 mm (0,0004

inch) dan bahkan oksida besi sintetis memiliki diameter partikel sekitar 0,1 mm

(0,000004 inch). Ukuran yang sangat kecil ini adalah hasil dari proses yang

digunakan untuk membentuk partikel-partikel dan tidak terlalu diinginkan,

sehingga digunakan untuk membuat suspensi. Efektifitasnya lebih cepat partikel

magnetik basah dibanding kering karena lebih cepat memasuki bagian cacatnya

akibat gaya kapiler dari fluida yang dicampurkan ke partikel magnetik.

F. Proses Inspeksi

Inspeksi Suspensi

Inspeksi partikel magnetik basah menggunakan suspensi yang tersedia

dalam kaleng semprot untuk digunakan dengan kuk elektromagnetik. Inspeksi

suspensi memiliki beberapa keunggulan dibandingkan inspeksi kering. Pertama,

semua permukaan komponen dapat dengan cepat dan mudah ditutupi dengan

lapisan partikel yang relatif seragam. Kedua, sifat kapilaritasnya membuat

mobilitas partikel mampu memasuki cacat kecil sehingga cacat tersebut dapat

teramati. Oleh karena itu, inspeksi suspensi dianggap terbaik untuk mendeteksi

13

diskontinuitas sangat kecil pada permukaan halus. Namun, jika pada permukaan

kasar, suspensi ini kehilangan mobilitasnya sehingga kurang efektif.

Gbr. 8. Inspeksi suspensi

Langkah-langkah dalam melakukan pemeriksaan menggunakan suspensi

basah: Siapkan permukaan bagian; Permukaan harus relatif bersih, bebas dari

lemak, minyak dan kelembaban lain yang bisa mencegah suspensi untuk

membasahi permukaan sebab faktor-faktor tadi dapat mencegah partikel bergerak

bebas. Lapisan tipis cat atau karat akan mengurangi sensitivitas tes, tetapi kadang-

kadang dapat dibiarkan. Tebal lapisan dari suspensi, untuk yang memiliki lapisan

tipis cat atau karat, sekitar 0,003 inch (0,076 mm) dan maksimal 0,001 inch (0,025

mm) untuk yang tidak terlapisi apapun. Terapkan suspensi; Suspensi disemprot

dan mengalir di atas permukaan bagian. Terapkan gaya magnet; Gaya magnet

harus diterapkan segera setelah menerapkan suspensi partikel magnetik. Periksa

indikasi; Carilah area di mana partikel-partikel magnetik berkerumun.

Diskontinuitas permukaan akan menghasilkan indikasi tajam. Gaya magnet perlu

dihilangkan setelah inspeksi selesai.

14

Gbr. 9. Hasil inspeksi suspensi yang bersifat fluorescent

15

Inspeksi Kering

Dalam teknik pengujian partikel magnetik ini, partikel kering ditaburi ke

permukaan benda uji sebagai item magnet. Inspeksi partikel kering cocok untuk

dilakukan pada permukaan yang kasar. Ketika sebuah kuk elektromagnetik

digunakan, arus AC atau setengah gelombang arus DC menciptakan medan

magnet yang menyediakan mobilitas untuk partikel magnetik kering. Aplikasi

utama untuk inspeksi ini pada bagian las pada permukaan pipa dan sebagainya.

Kering inspeksi partikel juga digunakan untuk mendeteksi retak bawah

permukaan dangkal.

Gbr. 10. Inspeksi Kering

16

Indikasi cacat

Gbr. 11. Proses inspeksi kering

Langkah-langkah dalam melakukan pemeriksaan menggunakan partikel

kering: Siapkan permukaan bagian; Permukaan harus relatif bersih, bebas dari

lemak, minyak atau uap air lain. Sama seperti yang telah dijelaskan pada inspeksi

suspensi, lapisan tipis cat atau karat akan mengurangi sensitivitas tes sehingga

lapisan ini harus dihilangkan dari permukaan karena partikel kering akan

terhambat masuk ke bagian cacat yang akan diamati. Terapkan gaya magnet;

Gunakan magnet permanen, sebuah kuk elektromagnetik, prods, kumparan atau

cara lain untuk membangun fluks magnetik yang diperlukan. Terapkan partikel

magnetik kering; Terapkan secukupnya saja pada permukaan benda uji. Jika

berlebih, tiup partikel dengan sangat lembut. Hentikan gaya magnet; Jika fluks

magnetik yang dihasilkan dengan elektromagnet atau medan elektromagnetik,

gaya magnet harus dihentikan. Jika menggunakan magnet permanen, gaya

magnetnya akan menghilang dengan sendirinya sehingga dapat dibiarkan di

tempat. Periksa indikasi; Carilah area di mana partikel-partikel magnetik

berkerumun.

17

Gbr. 12. Hasil inspeksi kering

Continuous and Residual Magnetization Techniques

Dalam inspeksi partikel magnetik, partikel magnetik diterapkan pada

komponen yang telah memiliki gaya magnet setelah dimagnetisasi. Magnetisasi

kontinu menjelaskan teknik di mana kekuatan magnetisasi diterapkan dan

dipelihara, sedangkan partikel magnetik mengalir ke permukaan komponen

menuju tempat cacat. Di sisi lain, magnetisasi sisa, menggambarkan teknik di

mana gaya magnet diterapkan untuk menarik komponen dan kemudian berhenti

sebelum menerapkan partikel magnetik. Hanya bidang sisa komponen magnet

yang dapat menarik partikel magnetik dan menghasilkan indikasi.

18

Teknik kontinu umumnya dipilih bila sensitivitas maksimum diperlukan

karena memiliki dua keuntungan. Pertama, fluks magnetik akan tinggi ketika arus

mengalir sehingga bidang kebocoran juga akan kuat terindikasi. Kekuatan medan

di komponen tergantung pada dua variabel: kekuatan medan magnet saat

diterapkan dan permeabilitas benda uji. Kekuatan medan magnet mempengaruhi

kerapatan fluks magnetik di mana saat dilakukan magnetisasi, kerapatannya

tinggi. Setalah magnetisasi selesai, kerapatannya menurun lagi.

Bahan dengan permeabilitas tinggi tidak mempertahankan medan magnet

dengan kuat sehingga bidang kebocoran fluks akan sangat lemah atau tidak ada

ketika kekuatan magnetizing dihapus. Oleh karena itu, bahan dengan

permeabilitas magnet yang tinggi tidak cocok untuk pemeriksaan menggunakan

teknik residual. Ketika teknik residual digunakan untuk memeriksa bahan dengan

permeabilitas yang rendah, perawatan harus dilakukan untuk memastikan bahwa

bidang sisa memiliki gaya magnet yang cukup untuk menghasilkan indikasi.

Keuntungan kedua dari teknik kontinu adalah ketika digunakan untuk

menghasilkan gaya magnet, dapat memberikan tambahan mobilitas partikel. Arus

AC atau DC akan menyebabkan partikel bergetar dan bergerak sedikit demi

sedikit pada permukaan bagian. Gerakan ini memungkinkan partikel untuk

melakukan perjalanan ke situs kebocoran yang lebih kecil dan sulit terjangkau

sekalipun. Salah satu kelemahan dari metode kontinu adalah terjadi pemanasan

komponen akibat adanya arus listrik yang kontinu mengalir. Sebagai contoh,

ketika prods digunakan, mereka dapat membuat area pemanasan lokal. Hal ini

mungkin dapat diterima pada komponen yang akan diproses lebih lanjut sehingga

efek ini akan dapat dihilangkan. Akan tetapi pada mesin yang masih beroperasi

atau kompenen in-service lainnya dapat terpengaruh oleh kondisi ini. Oleh karena

itu, teknik residual banyak digunakan untuk inspeksi partikel magnetik.

19

BAB III

Isi

A. Inconel Superalloy

Inconel superalloy merupakan material

yang tahan terhadap oksidasi dan tahan

terhadap korosi sehingga sangat berguna pada

keadaan lingungan yang tekanan dan

temperature-nya ekstrem. Ketika dipanaskan,

Inconel membuat lapisan pasif oxide yang

tebal dan stabil untuk melindungi permukaan.

Inconel sering diaplikasikan pada gas turbine

blade, combustor, heat exchanger tubing dan

steam generators pada nuklir. Inconel

merupakan material yang paramagnetic,

mempunyai konduktivitas elektrik (0.986 x

106 S/m) yang lebih rendah dibandingkan dengan tembaga (5.08 x 107 S/m) dan

aluminium (3.82 x 107 S/m). Dikarenakan rendahnya konduktivitas elektrik

Inconel, testing yang dasarnya menggunakan elektromagnetk seperti magnetic

particle testing (MPT), magnetic flux leakage testing (MFLT), dan eddy current

testing (ECT) mendapatkan kesulitan terhadap mengindentifikasikan dan

mengevaluasi crack yang kecil pada specimen Inconel.

Pengaplikasian Inconel pada pesawat selain dari turbine blade ialah

peralatan landing dari pesawat tersebut. Inconel pada peralatan landing berada

pada baut roda pesawat. Umumnya, pada perekayasaan material pada peralatan

landing dilakukan 5 kali ketahanan uji impak dikarenakan stress yang didapat

pada baut sangatlah besar. Baut yang gagal sangat sering dijumpai pada akar dari

ulir baut yang mengalami crack atau pada kepala baut yang masuk ke pengunci

baut. Inspeksi pada baut Inconel ini dilakukan dengan empat non-destructive

20

Gbr. 1. Turbine blade Inconel

material testing yaitu liquid penetrant (PT), magnetic particle testing (MPT),

ultrasonic (UT), eddy current (ET).

Pada magnetic particle testing

(MPT) memperlihatkan surface defect

dari partikel ferromagnetic halus yang

telah dilakukan untuk memagnetisasi

baut. Karena defects pada permukaan

baut mengganggu magnetic field flux

dan wilayah polarnya bersinggungan,

menyebabkan sebuah bentuk partikel

yang tidak jelas pada wilayah defect.

Magnetic particle testing memerlukan

inspeksi visual yang membuat

kuantifikasi dan pendataan kurang efisien dibandingkan yang otomatis. Karena

magnetic particle testing menunjukkan panjang dan lebar cacat, tetapi tidak

kedalaman, magnetic particle testing cenderung menunjukkan cacat dangkal yang

mungkin tidak berpengaruh terhadap integritas baut.

Terdapat ketidakpastian pada magnetic particle testing terhadap material

Inconel, tentu dikarenakan material Inconel merupakan material paramagnetic

yang konduktivitasnya jauh dibawah tembaga (Cu). Diperlukan penelelitian yang

lebih akurat mengenai magnetic particle testing terhadap Inconel. Tidak hanya

MPT, tetapi MFLT dan ECT juga diperlukan penelitian yang lebih mendalam

akan pendataan terhadap mengidentifikasi crack pada Inconel.

B. Pendahuluan

Secara umum, umur penggunaan dari alat-alat dan struktur-struktur besar,

contohnya pembangkit listrik tenaga nuklir, dapat diperpanjang saat keamanan

dan efisiensi pada sisi ekonomis ditingkatkan. Oleh karena itu, toleransi terhadap

kerusakan pada pembangkit listrik tenaga nuklir tersebut menjadi sangat penting

karena untuk membangun dan mengoperasikan fasilitas tersebut dibutuhkan

sumber daya yang tidak sedikit. Namun, banyak sekali komponen pada alat-alat

dalam pembangkit listrik tenaga nuklir tersebut yang tidak digunakan meskipun

21

Gbr. 2. Cacat pada baut Inconel

margin keamanannya tergolong besar. Hal tersebut disebabkan oleh terjadinya

proses aging yang muncul akibat temperatur tinggi, lingkungan yang korosif, dan

pembebanan besar yang berulang. Lebih lanjut lagi, prediksi terhadap proses

aging tersebut tergolong sulit, dan jika terdapat kerusakan yang besar dan meluas,

dimana sulit untuk diprediksi, dapat menimbulkan sebuah kecelakaan yang besar.

Penyebabnya adalah karena analisis mekanisme kerusakan yang kurang memadai,

atau evaluasi kuantitatif dari kerusakan yang memiliki nilai kesalahan/error yang

besar. Oleh karena itu, sebuah metode nondestructive testing yang telah diperbarui

dapat digunakan sebagai pertimbangan untuk mendeteksi dan mengevaluasi

kerusakan yang ada pada skala yang kecil.

Sebagai sampel tujuan analisis, seri material Inconel ® umum digunakan

sebagai material struktural pada pembangkit listrik tenaga nuklir karena memiliki

sifat tahan korosi dan tahan panas. Sebagai material paramagnetik dengan

konduktivitas elektrik sebesar 0,986 x 106 S/m, metode uji berbasis elektromagnet

seperti magnetic particle testing (MPT), magnetic flux leakage testing (MFLT),

dan eddy current testing (ECT) memiliki kesulitan untuk mendeteksi crack kecil

pada spesimen material Inconel®. Selain itu, metode pengujian lain yaitu dye

penetrant testing (PT) atau liquid penetrant testing dapat juga digunakan pada

material ini, tetapi masih terdapat kesulitan dalam mendapatkan hasil evaluasi

kuantitatif dari crack menggunakan metode ini.

Oleh karena itu, pada paper ini diajukan metode nondestructive testing

(NDT) untuk mendeteksi dan mengevaluasi cacat open surface crack pada

material paramagnetik menggunakan penetrating magnetic fluid. Beberapa

partikel magnetik dengan diameter dalam skala nanometer digabungkan dengan

surfactant, dan didispersikan dalam pelarut berupa air atau kerosin dalam larutan

magnetik. Kemudian, larutan magnetik tersebut dapat mempenetrasi sebuah crack

dengan cara capillary action. Cara tersebut yang kemudian digunakan pada

penelitian dalam paper ini. Sebuah kamera magnetik digunakan untuk mendeteksi

dan mengevaluasi larutan magnetik yang telah berpenetrasi, yang selanjutnya

dapat menentukan bentuk dan ukuran dari sebuah crack. Metode tersebut

digunakan untuk spesimen material Inconel® 600.

22

C. Prinsip Dasar

a. Larutan Magnetic

Partikel feromagnetik dalam skala nanometer dapat larut dalam pelarut

seperti hidrokarbon, ester, eter, kerosin, atau air, setelah berikatan dengan

surfaktan, menjadikan larutan tersebut tergolong material super-paramagnetik,

yang memiliki sifat feromagnetik dan paramagnetik dengan atau tanpa medan

magnet eksternal. Oleh karena itu, material tersebut menunjukkan histeresis yang

kecil pada kurva magnetisasinya dan memiliki sedikit residu magnetisasi.

Selanjutnya, sifat capillary yang dimilikinya dapat berpenetrasi kedalam open

surface crack berdasarkan persamaan berikut:

h=2T × cosθr ρ g

dimana h adalah kedalaman penetrasi, θ adalah sudut kontak, T adalah tegangan

permukaan, r adalah diameter kapiler, ρ adalah massa jenis larutan, dan g adalah

percepatan gravitasi. Larutan yang digunakan akan mudah berpenetrasi jika

diameter kapilernya berukuran kecil.

b. Scan-type Magnetic Camera

Untuk memvisualisasikan distribusi dari medan magnet dan memberikan

data kuantitatif untuk mengevaluasi crack yang ada, digunakan alat yang disebut

kamera magnetik. Alat tersebut menggunakan sumber magnetic seperti magnetic

coil, induced current (IC), magnetisasi residu, Helmholtz coil, dan magnetism

terrestrial untuk mendeteksi crack pada specimen logam. Lebih lanjut lagi, untuk

mendapatkan visualisasi distribusi medan magnet dengan resolusi tinggi dapat

digunakan linearly integrated Hall sensor array (LIHaS) pada kamera magnetik

scan-type.

Pada Gbr. 3. di bawah, dapat dilihat bahwa pada kamera magnetik

digunakan yoke magnetizer di bagian bawah LIHaS. Pada Gbr. 3.(a), dapat dilihat

model sebenarnya dari yoke magnetizer tersebut dan pada Gbr. 3.(b) dapat dilihat

model analisis dari magnetizer tersebut. Arah pada sumbu x- menunjukkan arah

scanning, arah pada sumbu y- menunjukkan arah sensor array pada LIHaS, dan

arah pada sumbu z- menunjukkan arah vertikal dari spesimen.

23

Gbr. 3. Yoke-type magnetizer berukuran kecil; (a) foto dan (b) model analisis

Spesifikasi dari magnetizer tersebut adalah: panjang core = 40mm, lebar

arah sumbu-x= 16mm, tinggi arah sumbu-z= 27mm, ketebalan core= 3,5mm,

permeabilitas magnetik relatif (MURX)= 250, dan resistivitas elektrik (RSVX)=

1,6x10-7 Ωm.

Magnetizer kemudian diletakan pada spesimen Inconel® (spesifikasi

dimensi 60mm 60mm x 0,8mm, MURX = 1,01, RSVX = 1,014 x 10-6 Ωm)

dengan jarak pengangkatan 2 mm dari spesimen. Kemudian, sebuah crack yang

dibuat terdapat pada spesimen (lebar 1mm, panjang 10mm dan kedalaman

0,8mm) diisi dengan magnetic fluid (MURX = 20). Saat arus DC 0,28A dialirkan

pada tiap coil (MURX = 1), sebuah medan magnet akan terbentuk seperti terlihat

pada Gbr.4.

Gbr.4. Analisis distribusi medan magnet pada spesimen Inconel® menggunakan arus DC; (a)

crack pada sumbu-x dan (b) crack pada sumbu-y.

24

Metode magnetisasi yang digunakan disebut dengan direct current-

magnetic flux leakage (DC-MFL). Berdasarkan Gbr.4., dapat dilihat bahwa

leakage dari medan magnet akan maksimal saat arahnya tegak lurus dengan arah

crack, dan crack akan sulit terdeteksi saat arah medan magnet sejajar dengan arah

panjang crack.

Selanjutnya, selain menggunakan arus DC, crack pada Gbr.4.(a) dapat

dianalisis dengan memberikan input arus AC pada coil, yang kemudian hasilnya

dapat dilihat pada Gbr.5. Hasil yang didapatkan berupa analisis distribusi medan

magnet [Gbr.5.(a) dan (c)] dan analisis medan listrik [Gbr.5.(b) dan (d)]. Besar

arus AC yang diberikan sebesar 0,28 A dengan frekuensi sebesar 1kHz. Pada

penggunaan arus AC, didapatkan untuk distorsi medan listrik akan maksimal jika

arahnya sejajar dengan arah panjang dari crack [Gbr.5.(b)]. Selain itu, dapat

ditemukan juga medan magnet pada sumbu-z akibat distorsi medan listrik yang

dapat diukur menggunakan LIHaS, sehingga crack tersebut akan lebih mudah

untuk dianalisis. Selain itu, sama dengan sebelumnya, crack juga dapat terdeteksi

secara efektif saat medan magnet/arah magnetisasi tegak lurus dengan arah

panjang crack. Karena pada metode ini terdapat dua cara untuk mendeteksi crack,

yaitu medan listrik atau induced current (IC) dan medan magnet atau leakage

magnetic field (LMF), metode ini dapat disebut juga metode combined induced

current and magnetic field leakage method (CIC-MFL).

25

Gbr.5. Analisis distribusi spesimen Inconel® menggunakan arus AC; (a) medan magnet pada

sumbu-x, (b) medan listrik pada sumbu-x, (c) medan magnet pada sumbu-y, dan (d) medan listrik

pada sumbu-y.

D. Eksperimen dan Diskusi

a. Spesimen

Gbr.6. Sampel yang digunakan.

26

Sampel yang digunakan berupa material Inconel® 600 dengan dimensi

185mm x 146mm x 2mm. Crack dibuat dengan menggunakan metode electro-

discharge-machining. Ukuran masing-masing crack adalah sebagai berikut:

Tabel 1. Ukuran setiap retak yang diteliti

Kemudian, larutan magnetik yang digunakan adalah larutan magnetik

water-based (Ferrotec Co., exp. 92017). Larutan tersebut diteteskan ke tiap crack,

dan setelah 6 menit spesimen dibersihkan. Larutan magnetik yang telah

berpenetrasi diisolasi dari udara dengan cara menutup sampel menggunakan tape.

Lalu untuk menghilangkan larutan magnetik yang telah berpenetrasi dapat

menggunakan neodymium magnetizer di dalam air selama 10 menit. Lebih lanjut

lagi, dimasukkan impurities feromagnetik dari AISI 1018 dan AISI 4340 di posisi

D2, D3, E2 dan E3 pada spesimen dan ditempelkan dua partikel dari AISI 4340

pada posisi D5 dan E5.

27

b. Alat Eksperimen

Gbr.7. Alat eksperimen.

Alat yang digunakan berupa 64 sensor Hall InSb yang disusun pada

interval 0,52mm dalam ferrite wafer NiZn pada LIHaS. LIHaS dengan magnetizer

yoke kecil berada di bagian bawah dari sistem high-precision scanning. Jarak

pengangkatan sebesar 0,9mm, dan resolusi spasial dari arah scanning sebesar

0,5mm. Arus yang digunakan adalah arus DC sebesar 200 mA dan AC 200 mA

dengan frekuensi 1 kHz untuk metode DC-MFL dan CIC-MFL. Kemudian, gain

untuk voltase Hall adalah sebesar 63,5 dB untuk metode DC-MFL, dan 52 dB

untuk metode CIC-MFL. Data hasil scanning pada sumbu-y didapatkan dengan

metode DC-MFL, dan data hasil scanning pada sumbu-x didapatkan dengan

metode CIC-MFL.

c. Hasil dan Diskusi

Gbr.8. Hasil scanning pada sumbu-x menggunakan metode CIC-MFL.

28

Berdasarkan hasil pada Gbr.8., terdapat distorsi besar dari arus yang

diberikan pada ujung-ujung dari crack. Tetapi, pada crack D4 dan E4 tidak

terdapat distorsi yang signifikan dikarenakan ukurannya yang kecil dan arah arus

yang sejajar dengan arah crack.

Gbr.9. Hasil scanning pada sumbu-y menggunakan metode DC-MFL.

Pada Gbr.9., yaitu hasil scanning menggunakan metode DC-MFL, dapat

dilihat bahwa panjang dari crack terlihat dengan lebih jelas. Selain itu, visualisasi

dari crack yang ada lebih proporsional pada panjang dan kedalaman dari crack

tersebut dibandingkan dengan pada Gbr.8..

Selanjutnya, pada Gbr.10. dan Gbr.11. dapat dilihat gambaran tampak

samping dari tiap-tiap crack. Pada Gbr.10. adalah tampak samping dari crack

pada Gbr.8. dan pada Gbr.11. adalah tampak samping dari crack pada Gbr.9.

Berdasarkan kedua gambar tersebut (Gbr.10. dan Gbr.11.), panjang

sebenarnya dari masing-masing crack bisa didapatkan dari kedua metode, baik

DC-MFL maupun CIC-MFL.

29

Gbr.10. Tampak samping dari masing-masing crack pada Gbr.6.

Gbr.11. Tampak samping dari masing-masing crack pada Gbr.7.

E. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian, metode DC-MFL dan CIC-MFL yang

merupakan metode nondestructive test ini dapat digunakan untuk mendeteksi dan

mengevaluasi crack pada material non-ferrous dan non-metallic seperti contohnya

keramik, komposit, dan resin sintetis.

30

BAB IV

Penutup

A. Kesimpulan

Terdapat berbagai macam pengujian tidak merusak untuk suatu benda

sehingga dapat diketahui penyebab kegagalan, salah satunya dengan Magnetic

Particle Testing (MPT). MPT ini prinsipnya dengan memagnetisasi benda uji lalu

memberikan partikel-pertikel magnetik sehingga partikel tersebut akan masuk

atau membentuk cacat yang ada pada permukaan benda uji. Tempat

berkerumunnya partikel tersebut adalah tempat di mana cacat itu ada dan dari

situlah kita dapat mengamati dan menyimpulkan penyebab dari kegagalan benda

tersebut.

Terdapat dua macam metode MPT, yaitu inspeksi suspensi dan inspeksi

kering. Perbedaannya terdapat pada jenis partikel magnetik yang digunakan.

Untuk inspeksi kering, partikel magnetik tidak diberi perlakuan atau penambahan

zat tertentu. Setelah dilakukan magnetisasi, partikel dapat langsung diaplikasikan

ke benda uji. Sedangkan untuk inspeksi suspensi, partikel magnetik dilarutkan

atau dicampurkan dengan air yang telah diberi aditif atau distilat minyak bumi.

Penambahan ini ternyata menambah mobilitas dari partikel magnetik sehingga

dapat mengindikasikan cacat pada sub-permukaan.

Dari jurnal yang telah kami review, dengan dilakukan MPT, metode DC-

MFL dan CIC-MFL yang merupakan metode nondestructive test ini dapat

digunakan untuk mendeteksi dan mengevaluasi crack pada material non-ferrous

dan non-metallic seperti contohnya keramik, komposit, dan resin sintetis.

31