PENGUJIAN ULTRASONIK TERHADAP BEAM FILTER

RADIAL BEAMPORT DAN TANGENSIAL BEAMPORT

REAKTOR KARTINI

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

Disusun oleh:

VERONICA HANA EKA RESTININGSIH

NIM : 025214116

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2007

ULTRASONIC TESTING ON BEAM FILTER

RADIAL BEAMPORT AND TANGENSIAL BEAMPORT

OF KARTINI REACTOR

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

to Obtain the Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

by

VERONICA HANA EKA RESTININGSIH

Student Number : 025214116

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

ENGINEERING FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2007

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya

yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan

Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat

yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis

diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 14 Desember 2006

Penulis

Veronica Hana Eka Restiningsih

INTISARI

Tujuan penelitian ini adalah melakukan pengujian tak merusak dengan

metode ultrasonik terhadap beam filter reaktor Kartini. Hal yang diamati pada

penelitian ini adalah cacat dan inklusi yang terdapat pada beam filter, untuk

memperoleh suatu data yang menyatakan bahwa beam filter tersebut bebas cacat

dan inklusi. Bahan yang dipakai sebagai bahan dasar pembuat beam filter adalah

timah hitam (Pb) dengan kadar kemurnian 99%. Beam filter berfungsi untuk

menghilangkan radiasi gamma yang tidak diinginkan. Untuk itu diperlukan beam

filter yang benar-benar padat (bebas cacat dan inklusi), untuk menghindari

lolosnya sinar gamma.

Pengujian tak merusak metode ultrasonik straight-beam gelombang

longitudinal scan ketebalan, dipilih oleh penulis sebagai salah satu cara yang

digunakan untuk mendeteksi cacat dan inklusi. Pengujian dilakukan terhadap dua

buah beam filter berbentuk silinder pejal, dengan ukuran : diameter 15 cm x tinggi

6 cm dan diameter 17 cm x tebal 6,5 cm.

Dari pengujian yang telah dilakukan, diperoleh data yang menyatakan

bahwa beam filter tersebut bebas dari cacat dan inklusi, sehingga layak digunakan

sebagai beam filter pada radial dan tangensial beamport reaktor Kartini.

KATAPENGANTAR

Penulis bersyukur Dalam Nama Tuhan Yang Maha Esa, atas bimbingan

dan rahmat tiada henti, pada proses penyelesaian Tugas Akhir dengan judul

Pengujian Ultrasonik Terhadap Beam Filter Reaktor Kartini. Adapun penyusunan

Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat dalam mencapai gelar sarjana Teknik

Mesin Program Studi Teknik Mesin di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada:

1. Ir. Greg. Heliarko SJ.,S.S.,B.S.T.,M.A.,M.Sc., dekan Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta.

2. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. Bapak Budi Setyahandana, S.T, M.T, dosen pembimbing I Tugas Akhir

Bahan Teknik Manufaktur.

4. Bapak Drs. Widarto, dosen pembimbing II Tugas Akhir di BATAN.

5. Bapak Ir. Y. Sardjono, APU, Pembimbing Tugas Akhir di BATAN.

6. Dosen-dosen pengajar Jurusan Teknik MesinUniversitas Sanata Dharma

yang telah membimbing serta memberikan bekal ilmu.

7. Segenap karyawan Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang

telah membantu dalam hal fasilitas dan administrasi.

8. Teman-teman laboran yang selalu siap membantu kami.

9. Kedua orang tua penulis, Bapak Wahana dan Ibu MI. Tusiyah atas semua

dukungan baik jasmani maupun rohani.

10. Keluarga Besar Dalem Wahanan : adik-adikku Ventri, Nutri, Warti, dan

Tari, atas dukungan semangat penuh cinta.

11. Keluarga Besar Dalem Mbirahan, tempatku tumbuh dan berkembang

selama empat tahun terakhir.

12. Teman dan sahabatku Ayuk, Made, Yuli, dan Willy, yang sangat

membantu terselesaikannya Tugas Akhir ini.

13. Teman-teman semua angkatan, khususnya angkatan 2002, yang telah

menjadi warna tersendiri di hati penulis, saat melakukan studi.

14. Semua sahabat dan pihak terkait, yang membantu terselesaikannya Tugas

Akhir ini.

Karena keterbatasan kemampuan dan pengetahuan, penulis menyadari

bahwa tugas akhir ini jauh dari kesempurnaan. Untuk itu penulis mengharapkan

kritik dan saran bersifat membangun, guna menyempurnakan tugas ini. Akhir

kata semoga tugas ini dapat bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan bagi

pembaca pada umumnya. Terima kasih.

Yogyakarta, 10 desember 2006

Penyusun

MOTTO

Hidup seperti permainan kartu.

Dalam permainan kartu, yang disebut hidup ini

orang main dengan kartu yang ada ditangannya

sekuat daya kemampuannya.

Mereka yang hanya mau main

dengan kartu yang tidak ada di tangannya,

melainkan dengan kartu, yang seharusnya

diberikan kepadanya – mereka ini

gagal dalam hidup.

Kita tidak ditanya apa kita mau main.

Itu bukan pilihan. Kita harus main.

Pilihannya itu adalah caranya.

Anthony de Mello, SJ.

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL…………………….………...………………………... i

HALAMAN JUDUL BAHASA INGGRIS................................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING............................................ iii

HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI DAN DEKAN............................. iv

HALAMAN PERNYATAAN........................................................................ v

INTISARI........................................................................................................ vi

KATA PENGANTAR.................................................................................... vii

MOTTO…………………………………………………………………….. ix

DAFTAR ISI................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR..................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL........................................................................................... xiv

BAB I PENDAHULUAN.......................................................................... 1

1.1 Latar Belakang............................................................................ 1

1.2 Tujuan Penelitian....................................................................... 3

1.3 Batasan Masalah......................................................................... 3

BAB II PENGUJIAN ULTRASONIK...................................................... 4

2.1 Teori dan Prinsip Dasar Gelombang Suara............................... 4

2.2 Properti Gelombang Suara…………………............................. 6

2.2.1 Kecepatan………………………………………………. 6

2.2.2 Panjang Gelombang……………………….…………… 8

2.2.3 Refleksi………………………………………………… 9

2.2.4 Couplant……………………………………………… 10

2.2.5 Refraksi……………………………………………….... 11

2.2.6. Karakteristik Beam……………………………………. 13

2.2.7.1 Efek Interferensi dan Difraksi…………………. 13

2.2.7.2 Absorpsi..………………………………………. 17

2.2.7.3 Scatter……….…………………………………. 17

2.2.7.4 Beam Spread……………………………………. 18

2.3 Peralatan untuk Ultrasonik........................................................ 21

2.3.1 Peralatan Digital…………………………………………. 23

2.3.1.1 Pengatur dan Fungsinya………………………….. 24

2.3.1.2 Gate………………………………………………. 26

2.3.1.3 Storage Memory………………………………….. 28

2.3.1.4 Display……………………………………………. 28

2.3.1.5 Transduser………………………………………… 31

2.4 Teknik…………........................................................................ 46

2.4.1 Teknik Kalibrasi…........................................................ 46

2.4.1.1 Karakteristik Transduser... ............................... 46

2.4.2 Sistem Cek dan Kalibrasi ............................................. 55

2.4.2.1 Time Base Kalibrasi – Gelombang Compression

.......................................................................... 55

2.4.2.2 Time Base Kalibrasi – Transduser Gelombang

Geser.................................................................... 58

2.4.2.3 Kalibrasi Amplifier (Test Sensitivitas)............... 59

2.4.2.4 Blok Amplitudo Jarak dan Area ........................ 60

2.4.2.5 Distance Amplitude Corrections......................... 61

2.4.2.6 Transfers Corrections ........................................ 62

2.4.2.7 Distance, Gain, Size (DGS) Technique.............. 63

2.4.2.8 System Checks……………………...………… 64

2.4.3 Teknik Inspeksi............................................................ 66

2.4.3.1 Teknik Pulse-Echo............................................... 66

2.4.3.2 Teknik ROD and PIPE…………………………. 74

2.4.3.3 Teknik Tip Difraction………………………….. 78

BAB III METODE PENGUJIAN…......................................................... 80

3.1 Bagan Tahap pengujian........................................................... 80

3.2 Kalibrasi dengan Ultrascan 5 Ultrasonik............................... 81

3.3 Pengujian/pemetaan ketebalan dengan Ultrascan 5

Ultrasonik……………………………………………........... 91

BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISIS..................................... 92

4.1 Hasil Pengujian........................................................................ 92

4.2 Analisis.................................................................................... 96

BAB V KESIMPULAN DAN PENUTUP............................................... 99

5.1 Kesimpulan.............................................................................. 99

5.2 Saran….................................................................................... 100

5.3 Penutup..................................................................................... 101

DAFTAR PUSTAKA..................................................................................... 102

LAMPIRAN.................................................................................................... 103

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Gelombang suara yang melewati interface

Gambar 2.2. Sudut refraksi

Gambar 2.5. Finite source dengan point source di ujung dan di tengah

Gambar 2.6. Singgungan gelombang suara

Gambar 2.7. Pergantian letak/posisi titik “P”

Gambar 2.8. Destruktive interferences

Gambar 2.9. Bentuk beam

Gambar 2.10. Perjalanan di sepanjang pusat beam

Gambar 2.11. Siklus pengujian ultrasonik

Gambar 2.12. Gate

Gambar 2.13. C-scan

Gambar 2.14. Penunjukan A-scan

Gambar 2.15. Penunjukan display A-scan

Gambar 2.16.(a). Alat uji ultrasonik

(b). Penunjukan display B-scan

Gambar 2.17. Bentuk deformasi elemen

(a). Gelombang longitudinal

(b). Gelombang transversal

Gambar 2.18. Piezocomposite Transducers

Gambar 2.19. EMAT (Electromagnetic Acoustic transduser)

Gambar 2.20. Bandwidth

Gambar 2.21. Dual transducer

Gambar 2.22. Energi yang dideteksi receiver

Gambar 2.23. Focused Transducer

Gambar 2.24. Phased Array Transducer

Gambar 2.25. Unit bubblers

Gambar 2.26. Squirters

Gambar 2.27. Trace

Gambar 2.28. Shear wave angle beam transducer pada posisi 45˚

Gambar 2.29. Angle beam transducer discankan terhadap lobang

Gambar 2.30. Plot card

Gambar 2.31. Plot card yang akan digunakan sebagai diagram beam spread

Gambar 2.32. Gerakan probe sepanjang permukaan scaning

Gambar 2.33. Busur – busur beam pusat

Gambar 2.33. Busur – busur beam pusat

Gambar 2.35. Dua sinyal yang benar-benar lurus dengan graticule

Gambar 2.36. Blok V1 untuk range beam 100mm

Gambar 2.37. Blok DIN 54 122 (V2) untuk 25 mm dan 50 mm

Gambar 2.38. (a). Single transducer untuk mengukur ketebalan logam

(b). Ultrasonik A-scan trace

Gambar 2.39.(a). Elemen dual transducer untuk mengukur ketebalan logam

(b). Ultrasonik A-scan trace

Gambar 2.40.(a). Single transducer untuk mendeteksi retak dalam plat besi

(b). Ultrasonik A-scan trace

Gambar 2.41.(a) Retak miring pada material

(b). Retak vertikal mengikuti suara

Gambar 2.42.(a). Posisi 1 dan 2 saat pengujian terhadap plat tipis

(b). A-scan trace pada posisi 1

(c). A-scan trace pada posisi 2

Gambar 2.43. Angle beam ditempatkan disekeliling batang logam

Gambar 2.44.(a). Probe ditempatkan pada pipa

(b). Lubang antara ID dan OD menyediakan titik refleksi

Gambar 2.45. Pusat beam pada diding pipa yang sangat tebal

Gambar 2.46. Beam suara mengenai ujung reflektor

Gambar 2.47. Gelombang lateral dan beam difraksi dari ujung reflector

Gambar 2.48. Transduser TOFD yang diatur pada komponen dengan retakan

vertikal

Gambar 2.49. Trace unrectified untuk 4 sinyal

Gambar 3.1 Bagan Tahapan Pengujian

Gambar 3.2. Spektrum pada layar

Gambar 3.3. Tanda merah pada spektrum 1

Gambar 3.4. Tanda merah pada spektrum 2

Gambar 3.5. Gate 1 pada spektrum 1

Gambar 3.6. Gate 2 yang diletakkan pada spektrum 2

Gambar 3.7. Hasil akhir kalibrasi

Gambar 4.1.(a).Hasil pengujian ultrasonik pada timbal dengan diameter 15 cm

Gambar 4.1.(b).Hasil pengujian ultrasonik pada timbal dengan diameter 17 cm

Gambar 4.2.(a) Grafik pengujian ultrasonik terhadap timbal dengan diameter

15 cm dan tinggi 6 cm

Gambar 4.2.(a) Grafik pengujian ultrasonik terhadap timbal dengan diameter

17 cm dan tinggi 6,5 cm

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Ketebalan maksimum dinding

Tabel 4.1(a).Tabel data hasil pengujian ultrasonik terhadap timbal dengan

diameter 15 cm dan tinggi 6 cm

Tabel 4.1(b).Tabel data hasil pengujian ultrasonik terhadap timbal dengan

diameter 17 cm dan tinggi 6,5 cm

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Berbagai pengujian termasuk pengujian tak merusak dilakukan

dalam proses produksi. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan produk dengan

cacat seminimal mungkin, sehingga menjadi mungkin mempunyai produk

yang bebas cacat. Untuk itu perlu dikembangkan cara pengujian tak

merusak, untuk mengetahui cacat tersebut. Pengujian tak merusak pada

produk akhir dilakukan untuk memberikan jaminan kualitas, mutu dan juga

jaminan tidak adanya cacat yang membahayakan penggunaan.

Salah satu bentuk pengujian tak merusak adalah Pengujian

Ultrasonik. Pengujian ultrasonik dikembangkan berdasarkan sifat-sifat bunyi

yang merambat dengan kecepatan berbeda pada media yang berbeda. Media

yang digunakan oleh penulis pada pengujian ultrasonik adalah timbal.

Timbal tersebut dibuat dan dibentuk menjadi dua buah silinder pejal serta

satu silinder berlubang, untuk digunakan sebagai salah satu perangkat

pelengkap yaitu beam filter dari colimator wall pada reaktor Kartini. Pada

reaktor Kartini, beam filter berfungsi untuk menghilangkan radiasi gamma

yang tidak diinginkan. Radiasi sinar gamma tersebut dapat dihilangkan

menggunakan logam Timbal. Logam Timbal merupakan logam berat yang

mempunyai sifat sangat baik, yaitu : densitasnya baik, nomor atom tinggi,

tingkat stabilitas tinggi, mudah dibuat, dan timbal murni tidak bisa menjadi

radioaktif. Sehingga diperlukan beam filter yang benar-benar padat, untuk

menghindari lolosnya sinar gamma. Untuk itu diperlukan suatu metode

pengujian yang mampu mendeteksi cacat dalam material uji tanpa merusak

material uji.

Ada beberapa jenis pengujian tak merusak seperti :

1. Pengujian pewarnaan dengan menggunakan cairan fluoresen/cairan

pewarna untuk mendeteksi cacat dengan penembusan zat pada celah

cacat di permukaan.

2. Pengujian dengan bubuk magnet

3. Pengujian Arus Eddy

4. Pengujian penyinaran

5. Pengujian Ultrasonik.

Pengujian tak merusak yang dilakukan oleh penulis adalah pengujian

ultrasonik, metode straight beam gelombang longitudinal. Gelombang

ultrasonik 1-5 MHz merambat dalam bahan dan memantul di tempat yang

cacat, dari deteksi gelombang campuran dan deteksi gelombang pantulan

dapat diketahui adanya cacat. Untuk memancarkan dan menerima

gelombang ultrasonik digunakan kristal yang mempunyai sifat piezoelectric.

Gelombang ultrasonik memantul 100 % dari celah dan retakan, oleh karena

itu, kepekaan pengamatan sangat tinggi.

1.2 Tujuan Penelitian

Mengetahui keberadaan cacat yang terdapat di dalam beam filter

pada sistem kolimator pada radial beamport dan tangensial beamport

reaktor Kartini dengan menggunakan metode ultrasonik.

1.3 Batasan Masalah

1. Beam Filter terbuat dari Timbal.

2. Metode ultrasonik yang digunakan adalah metode ultrasonic pulse -

echo straight - beam gelombang longitudinal scan ketebalan.

BAB II

PENGUJIAN ULTRASONIK

2.1 Teori dan Prinsip Dasar Gelombang Suara

Gelombang suara merambat dengan mudah pada zat padat, cair, dan

gas. Sebagai salah satu bentuk dari energi, gelombang suara merupakan

contoh gelombang mekanik karena gelombang suara membutuhkan zat

perantara untuk merambat, gelombang suara tidak terdapat dalam ruang

hampa udara.

Pendengaran adalah indera perasa pada manusia yang mampu

mendeteksi gelombang suara, indera perasa tersebut terbatas pada jangkauan

frekuensi gelombang yang relatif sempit, yang disebut “jangkauan audible”.

Satuan frekuensi adalah Hertz, disingkat Hz, didefinisikan sebagai

“satu putaran gelombang tiap detik”. Suara dengan frekuensi 16 Hz adalah

frekuensi terendah yang mampu didengar oleh manusia disebut “gelombang

subsonik” dan suara dengan frekuensi 20.000 Hz adalah frekuensi tertinggi

yang mampu didengar manusia disebut “gelombang ultrasonik”. Di antara

gelombang ultrasonik dan gelombang subsonik (masih dalam jangkauan

audible) biasa disebut “pitch” menggantikan frekuensi. Suara dengan pitch

tinggi berarti suara dengan frekuensi audible tinggi dan suara dengan pitch

rendah berarti suara dengan frekuensi audible rendah.

Singkatan yang biasa digunakan untuk frekuensi tinggi 1000 Hz

disingkat 1 kHz (satu kilo Hertz), 1.000.000 Hz disingkat 1 MHz (satu Mega

Hertz), dan 1.000.000.000 Hz disingkat menjadi 1 GHz (satu Giga Hertz).

Gelombang ultrasonik yang biasa digunakan untuk mendeteksi retak pada

logam diletakkan pada jangkauan MHz (0,5 MHz

d

s

25 MHz).

Beruntung ada alat disebut “transduser” yang mampu mengubah

gelombang suara menjadi energi listrik dan ditunjukkan sebagai sinyal-

sinyal visual pada layar CRT (Cathode Ray Tube) dan LCD (Liquid Crystal

Display). Transduser mampu mengubah satu bentuk energi menjadi bentuk

energi yang lain.

Suara audible adalah contoh model gelombang, yang disebut

“gelombang compression”. Penyebaran dari gelombang compression bisa

melalui benda padat, cair, dan gas. Ketiga media ini mempunyai gaya yang

mengikat partikel-partikel untuk melawan tekanan. Pada benda padat,

tekanan ini ditunjukkan oleh modulus elastisitasnya, yang dikenal “Modulus

Young’s”. Tidak seperti zat cair dan gas, zat padat memiliki regidity yang

mampu menahan gaya geser. Ketahanan zat padat terhadap gaya geser

disebut “Modulus Regidity”. Mode penyebaran ini dikenal sebagai

“gelombang geser”. Jika gelombang geser diatur sehingga hanya mampu

melewati permukaan zat padat, maka mode penyebarannya berubah, sesuai

dengan konturnya mengikuti gerak partikel. Gelombang yang mengikuti

kontur ini disebut “gelombang permukaan” ditandai dengan gerakan partikel

yang berbentuk ellips.

“Gelombang Lamb” hampir sama dengan gelombang permukaan

yaitu penyebarannya paralel terhadap permukaan dan gerakan partikelnya

ellips. Gelombang Lamb dan gelombang permukaan terjadi saat ketebalan

material lebih kecil dari pada panjang gelombangnya, dan saat permukaan

logam mempunyai ketebalan yang uniform. Dengan kata lain, gelombang

Lamb dan gelombang permukaan ada dengan baik pada benda berbentuk

plat, pipa, dan kawat.

Jadi ada 4 model utama penyebaran gelombang suara, yaitu

gelombang compression, gelombang permukaan, gelombang geser, dan

gelombang Lamb. Masing-masing gelombang ini mempunyai nama lain

yang juga sering digunakan, nama-nama lain tersebut adalah:

1. Gelombang compression disebut juga gelombang longitudinal.

2. Gelombang geser disebut juga gelombang tranversal.

3. Gelombang permukaan disebut juga gelombang Rayleigh.

4. Gelombang Lamb disebut juga gelombang plat.

2.2 Properti Gelombang Suara

2.2.1 Kecepatan

Bunyi merambat dengan kecepatan yang berbeda pada material yang

berbeda pula. Masing-masing material mempunyai kecepatan merambat

bunyi tertentu, disebut cepat rambat bunyi pada material tersebut. Ada dua

faktor utama yang mempengaruhi kecepatan rambat bunyi pada material

yaitu massa jenis dan elastisitas material tersebut.

Meskipun massa jenis dan elastisitas material merupakan faktor utama

yang mempengaruhi cepat rambat bunyi, masih ada faktor lain yang

mempunyai sedikit pengaruh terhadap cepat rambat bunyi, yaitu “Bilangan

Poisson’s”.

Kecepatan gelombang compression (gelombang longitudinal) dari

suatu material dapat dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut:

))((

E

V

c

211

1

Dengan: V

c

= cepat rambat gelombang longitudinal

E = Modulus Young’s

= massa jenis

= Bilangan Poisson’s

Gelombang geser terdapat pada zat padat dan kecepatan merambat

gelombang geser tidak sama dengan kecepatan rambat gelombang

compression. Hal ini terjadi karena adanya modulus regidity yang lebih baik

dari modulus Young’s, dalam mempengaruhi kecepatan rambatnya. Artinya

cepat rambat gelombang geser selalu lebih rendah dari pada cepat rambat

gelombang compression, biasanya cepat rambat gelombang geser bernilai

setengah dari cepat rambat gelombang compression.

Cepat rambat gelombang geser dapat dihitung menggunakan persamaan:

)(

E

V

s

12

1

atau

G

V

s

Dengan: V

s

= cepat rambat gelombang geser

G = Modulus regidity

= massa jenis

= Bilangan Poisson’s

Gelombang permukaan (gelombang Rayleigh) juga mempunyai cepat

rambat sendiri, yaitu kira-kira 90% dari cepat rambat gelombang geser.

2.2.2 Panjang Gelombang

Panjang gelombang diberi simbol

(lamda), untuk jenis material

tertentu dan frekuensi suara tertentu pula, panjang gelombang ditentukan

dengan persamaan sebagai berikut:

f

V

Dengan:

= panjang gelombang

V = kecepatan

f = frekuensi

2.2.3 Refleksi

Batas antara satu medium dengan medium lain disebut “interface”.

Di interface ini, penyebaran suara bisa ditransmisikan ke medium

selanjutnya, dan sisanya direfleksikan kembali ke medium pertama. Sebagai

contoh: jika besi diletakkan di bawah air, akan ada interface dari air ke besi,

sehingga 88% energi direfleksikan dan 12% ditransmisikan ke dalam air.

Banyaknya energi yang direfleksikan atau ditransmisikan tergantung pada

jenis material yang ada di interface.

Dua perbedaan mendasar antara udara dan besi adalah massa jenis

dan elastisitasnya, kedua faktor inilah yang menentukan seberapa banyak

energi yang direfleksikan dan seberapa banyak energi yang ditransmisikan

pada interface. Tiap material mempunyai faktor-faktor sendiri yang

digunakan untuk menghitung refleksifitas pada interface. Faktor ini disebut

“akustik impedans” yang diberi simbol Z.

Akustik impedans dihasilkan oleh massa jenis dan kecepatan rambat

tiap material. Persamaan matematisnya adalah:

VZ

Dengan: Z = akustik impedans

= massa jenis

V = cepat rambat bunyi dari material

Untuk menghitung persentasi energi yang direfleksikan pada

interface antara dua material dihitung menggunakan rumus sebagai berikut:

%

ZZ

ZZ

kandirefleksienergiyang

100

21

21

Dengan Z

1

dan Z

2

adalah akustik impedans dari material di antara interface.

2.2.4 Couplant

Melalui suatu logam menuju udara, dihasilkan refleksi 100%

mengakibatkan suara langsung dikembalikan ke transduser tanpa

ditransmisikan dahulu ke logam. Untuk mengatasi masalah ini, digunakan

beberapa cara, yaitu dengan menggunakan medium yang bisa menyesuaikan

akustik impedans dari transduser ke logam. Karena medium harus bisa

mengikuti transduser agar semua logam bisa di-scan. Medium tersebut bisa

berbentuk cair, minyak atau pasta. Medium ini disebut “Couplant”.

Medium yang biasa digunakan sebagai Couplant adalah:

a. air

b. kerosene

c. oli

d. minyak

e. pasta

f. glyserin

g. gel khusus untuk tujuan tertentu

2.2.5 Refraksi

Sejauh ini hanya suara yang masuk ke logam secara tegak lurus pada

permukaan saja yang dibahas. Saat suara masuk ke logam dengan sudut

tertentu pada permukaan disebut “sudut insidence”, ada banyak hal terjadi.

Gambar 2.1 menunjukkan gelombang suara yang melewati interface

dengan sudut insidence i

o

terhadap garis lurus yang biasa disebut “normal”.

Gambar 2.1. Gelombang suara yang melewati interface

Cepat rambat suara pada medium 1 adalah V

1

, dan pada medium 2,

di sebelah interface, cepat rambat suaranya adalah V

2

.

Asumsikan contoh ini bahwa V

1

lebih lambat dari

V

2,

seperti yang

terjadi medium 1 adalah air dan medium 2 adalah besi. Saat suara melewati

interface, suara merambat dengan kecepatan sama sampai suara tersebut

melewati ujung kiri interface. Pada waktu ujung gelombang suara suara

mencapai medium 2, kecepatannya mulai bertambah. Tetapi suara masih

dalam medium 1 bertahan pada kecepatan yang lama. Setelah semua suara

melewati permukaan depan interface, kecepatan bertambah sampai ujung

kanannya melewati interface dan semua gelombang suara melewati medium

2 dengan kecepatan yang baru.

Selama transisi, gelombang suara memutar menghasilkan sudut baru

di medium 2 disebut “Sudut Refraksi”. Hukum Snell’s menyatakan bahwa

sudut baru (sudut refraksi) bisa dihitung jika kedua kecepatan dan sudut

insidence (sudut masuk) dibagi kecepatan pada medium 1 sama dengan

sinus sudut refraksi dibagi kecepatan pada medium 2, secara matematis

dapat dituliskan:

21

V

Rsin

V

isin

oo

Dengan: sin i

o

= sin sudut insidence (sudut masuk)

sin R

o

= sin sudut refraksi

V

1

= kecepatan pada medium 1

V

2

= kecepatan pada medium 2

Dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2. Sudut refraksi

2.2.6 Karakteristik Beam

Sejauh ini, gelombang suara diilustrasikan sebagai sinar tunggal,

tetapi pada kenyataannya suara berkembang sebagai beam (balok). Untuk

memudahkannya, beam dibagi menjadi dua zona khusus yang disebut “near

field” dan “far field”. Kata yang digunakan untuk mendeskripsikan

efektifitasnya, yaitu hilangnya energi suara secara perlahan adalah

“atenuasi”.

Atenuasi adalah efek kombinasi dari beberapa parameter yaitu:

1. efek interferensi dan difraksi

2. interferensi absorpsi (geseran dan panas)

3. interferensi Scatter

4. interferensi Beam Spread

2.2.6.1 Efek Interferensi dan Difraksi

Menurut Huygens, titik pusat gelombang suara itu hampir sama

dengan pada saat kita menjatuhkan batu ke dalam kaleng. Suara bergerak

keluar sebagai lingkaran-lingkaran meluas pada kaleng, tetapi dari pusat

suara, lingkaran membentuk bola-bola yang meluas.

Gambar 2.3. Titik pusat gelombang yang dikelilingi lingkaran terpusat

titik pusat

gelombang suara

Gerakan

gelombang suara

Pada gambar 2.3 menunjukkan titik pusat yang dikelilingi oleh

lingkaran terpusat, gambar ditunjukkan sesaat setelah suara

dibunyikan.Ruangan yang terletak di antara lingkaran mewakili bagian

terjernih dari tiap lingkaran suara. Jika suara dihentikan dalam waktu yang

lebih singkat lagi yang terjadi adalah lingkaran terluar mempunyai

diameter lebih besar. Ruang di antara tiap lingkaran mewakili satu panjang

gelombang dari suara dalam material. Tetapi ultrasonik tranduser bukanlah

sebuah lingkaran terpusat, ultrasonik tranduser mempunyai diameter dan

area permukaan yang semuanya aktif, disebut “finite source”.

Gambar 2.4. Finite source dengan beberapa titik infinite source

Gambar 2.4 menunjukkan finite source, dimana diambil beberapa

titik infinite source sesaat setelah getaran dimulai. Terlihat bahwa

gelombang di depan point source menyatu, menghasilkan kesatuan

gelombang seperti balok (beam). Tapi jika diperhatikan ada sedikit suara

yang hilang di ujung lingkaran, ini disebut “difraksi”, merupakan salah

satu bentuk energi yang hilang.

Gambar 2.5.

Finite source dengan point source di ujung dan di tengah

Finite source

infinite

source

Finite

source

point

source

Gambar 2.5 menunjukkan finite source lagi. Tapi kali ini hanya

point source di pusat dan di tiap-tiap ujung saja yang ditunjukkan, untuk

mempermudah. Di depan point source ada titik “P”, menunggu suara

yang datang.

Gambar 2.6. Singgungan gelombang suara

Gambar 2.6 menunjukkan keadaan yang terjadi beberapa saat

kemudian, ketika gelombang pressure yang pertama datang dari ujung

source ke titik “P”. Akibatnya, ada dua singgungan di tiap-tiap sisinya.

Gambar 2.7. Pergantian letak/posisi titik “P”

Gelombang

pressure

Point

Source

Gelombang

pressure

Point

Source

Gambar 2.7 menunjukkan jika ada perubahan frekuensi atau

pergantian letak/posisi titik “P” bisa mengakibatkan suara yang datang ke

titik P dari pusat atau dari ujung berada di luar phasenya. Pada gambar ini,

gelombang pressure datang pertama kali dari ujung kemudian tiba di titik

P dan datang lagi sebagai penjernih dari pusat. Dua gaya tersebut saling

tekan dan tarik di tititk P. ini disebut “destructive interferences”, dan

energi suara mulai mengalami reduksi lokal. Lengkapnya, frekuensi bersih

yang diikuti gelombang suara bisa merupakan destruktif yang total,

dengan kata lain tidak ada suara lagi di titik P.

Jadi “destruktive interfernces” adalah perbedaan panjang celah

kecil dari titik P ke pusat source dan juga ke ujung dibandingkan dengan

panjang gelombang. Atau bisa juga jarak untuk titik P di depan source saat

perbedaan panjangnya lebih kecil dari panjang gelombangnya (dapat

dilihat pada Gambar 2.8). Jarak inilah yang disebut “near field”.

Gambar 2.8. Destruktive interfernces

λ

Near Field

Near field dihitung dari:

4

2

D

NF

Alternatif lain jika panjang gelombangnya tidak diketahui:

V

fD

NF

4

2

Dengan: D = diameter tranduser

f = frekuensi

V = kecepatan

2.2.6.2 Absorpsi (Penyerapan)

Suara menyebar melalui partikel-partikel zat padat, cair, atau gas,

dan penyebaran suara tersebut mengakibatkan partikel-partikel bergetar

sehingga beberapa energi bergeser dan terserap. Ukuran terhadap seberapa

energi yang terserap didasarkan pada jenis material yang dilalui oleh suara

dan frekuensi suara itu sendiri. Secara umum, semakin tinggi

frekuensinya, semakin besar absorpsinya.

2.2.6.3 Scatter

Gelombang suara akan dipantulkan dari permukaan dalam material

yang diuji, dan dari batas butir dalam permukaan logam yang mungkin

sembarangan berpedoman pada beam. Hal ini menyebabkan suara

dipantulkan dalam susunan acak atau “scatter”.

Material dengan batas butir yang halus mengakibatkan scatter yang

dihasilkan kecil, tetapi material dengan batas butir yang kasar

mengakibatkan scatter yang lebih besar. Energi scatter yang tidak

mencapai tranduser penerima merupakan energi yang hilang.

2.2.6.4 Beam Spread

Di near field, beam adalah silinder dengan diameter yang sama

sebagai kristal tranduser. Di samping near field, ada yang disebut far field,

dimana beam melebar menjadi seperti kerucut. Sudut dari kerucut,

sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.9, dapat dihitung sebagai

berikut:

D

,

sin

221

2

Dengan:

2

= setengah kali sudut penyebaran beam

= panjang gelombang

D = diameter kristal tranduser

Gambar 2.9. Bentuk beam

Dari persamaan di atas terdapat konstanta 1,22. Konstanta ini

dihitung saat beam melebar menuju batas mutlak beam yaitu saat

keberadaan suara berakhir. Konstanta ini bukanlah batas akhir untuk tiap

pengujian ultrasonik, karena jika suara berubah, konstanta bisa dideteksi

atau diukur. Pada kenyataannya, konstanta yang biasa digunakan 1,22 bisa

juga 0,56 atau 1,08. Harga 0,56 digunakan saat intensitas suara pada pusat

beam diturunkan 1,5 kalinya. Harga 1,08 digunakan saat suara pada pusat

beam diturunkan

10

1

kalinya.

Sudut penyebaran

beam

Catatan:

Konstanta di atas (0,56; 1,08; dan 1,22) biasa digunakan untuk

perhitungan pada bentuk beam secara teoritis. Jika bentuk beam diubah

untuk tujuan tertentu, yang harus dilakukan adalah menggambarkan

bentuk beam menggunakan buku kalibrasi khusus, baru kemudian

menghitung penyebaran beamnya. Gambar 2.9 menunjukkan bentuk beam

yang bulat panjang, termasuk porsi near field-nya.

Gambar 2.10. Perjalanan di sepanjang pusat beam saat amplitudonya diubah

Gambar 2.10 menunjukkan perjalanan di sepanjang pusat beam saat

amplitudonya diubah. Di near field ada frekuensi amplitudo karena efek

interferensi. Titik maksimum amplitudo adalah titik akhir near field dan

merupakan awal dari far field.

2.3 Peralatan untuk Ultrasonik

Untuk memahami bagaimana cara kerja metode pengujian ultrasonik,

kita harus mengetahui terlebih dahulu satu siklus pengujian yaitu sebagai

berikut:

1. Clock memberikan sinyal pada pulser untuk kemudian menghasilkan

tegangan tinggi yang dialirkan ke tranduser seraya memacu suplay

tegangan ke pengatur time-base trigger.

2. Time-base trigger menghidupkan titik-titik di CRT memulai perjalannya

melewati layar.

3. Tegangan mencapai tranduser dan kemudian tegangan diubah menjadi

getaran mekanik seraya memasuki benda uji.

4. Energi dalam benda uji ini kemudian direfleksikan melewati interfase

kembali ke tranduser, di dalam tranduser inilah energi (getaran mekanik)

diubah dalam bentuk tegangan.

5. Tegangan kemudian diterima dan diluaskan oleh receiver/amplifier.

6. Tegangan yang sudah diluaskan tersebut kemudian dikirim ke “plat

vertikal (sumbu Y)” (atas dan bawah) di CRT. Pada saat itulah plat di

atas sumbu Y menarik titik ke atas. Pergerakan ini menghasilkan sinyal

pada layar yang berarti pada waktu itu energi telah melakukan satu

siklus perjalanan sepanjang benda uji, yaitu dari saat energi

meninggalkan tranduser sampai energi diterima oleh tranduser. Titik-

titik tersebut diatur sehingga bisa memulai perjalanannya saat energi

masuk ke dalam benda uji. Pengaturan ini diatur secara manual

menggunakan delay atau zero control.

Keterangan gambar:

A = Clock and Pulser

B = Timebase Trigger

C = Receiver/Amplifier

D = Transduser

E = Test Piece

Gambar 2.11. Siklus pengujian ultrasonik

2.3.1 Peralatan Digital

2.3.1.1 Pengatur dan Fungsinya

Instrumen ini bervariasi sesuai kebutuhan, tetapi ada tiga pengatur

yang biasa digunakan pada alat pendeteksi retak ultrasonik yaitu:

sweep(range), delay, dan gain.

a. Sweep (Range)

Pengaturan ini biasa digunakan pada instrumen analog. Dalam unit

digital, pengaturan ini biasanya digabung menjadi satu, didesain sebagai

“range”. Fungsi pengatur ini adalah untuk mengatur kecepatan titik-titik

pada screen (untuk menyesuaikan display dari path suara yang berbeda-

beda). Titik-titik akan bergerak lebih lambat saat screen menggambarkan

suara dengan path panjang, sebagai contoh: menggambarkan time-base

untuk poros besi panajng. Sebaliknya, titik-titik akan bergerak cepat pada

screen saat menggambarkan besi yang pendek.

b. Delay (Zero)

Pengaturan ini menghentikan titik dari saat titik memulai

perjalanan melewati screen, sebagai contoh: saat menggunakan dual

tranduser atau tranduser dengan baji Plexiglass, waktu start titik harus

dihentikan sesaat agar mengikuti suara melewati baji Plexiglass sebelum

memasuki benda uji. Yang dibutuhkan oleh display hanya menggambakan

area, dari atas benda uji. Menggambarkan suara yang melewati baji pada

screen tidak dibutuhkan dan juga membingungkan.

c. Gain (Attenuator)

Jika diterima atau ditolaknya suatu keputusan didasarkan pada

amplitudo sinyal, pertimbangan terhadap sinyal yang jenuh terhadap

screen adalah tidak mungkin. Karena sinyal yang jenuh terhadap screen ini

melampaui 100% FSH (Full Screen Height). Karena sinyal tersebut tidak

terlihat di layar/screen, jadi tidak mungkin untuk membuat perbandingan

tanpa menyesuaikan tinggi sinyal.

Instrumen gain dibutuhkan untuk membuat sinyal lebih rendah

sampai sinyal tersebut mempunyai tinggi yang sama dengan sinyal

referensinya. Tinggi sinyal referensi aktual mungkin dikurangi terlalu

banyak sehingga tidak terukur, atau pada kasus terburuk, mungkin

amplitudonya terlalu rendah sehingga tidak terlihat lagi, dan amplitudo

sinyalnya menjadi tidak bisa dibandingkan.

Solusi dari masalah ini adalah menggunakan pengaturan volume,

hampir sama dengan yang kita temui pada sistem stereo. Maksudnya sama

dengan yang kita ketahui sebagai “calibrated gain control” atau

“attenuator”. Perbedaan antara kedua alat ini adalah pada penggunaannya,

yaitu sebagai berikut:

1. Saat menunggu attenuator, penambahan attenuasi berdasarkan

pengurangan tinggi sinyal.

2. Saat menunggu calibrated gain control, penambahan tingkatan gain

berdasarkan peningkatan tinggi sinyal.

Persamaaan antara keduanya adalah keduanya dioperasikan dengan

menggunakan sirkuit yang sama.

d. Single and Dual Tranduser Selection

Switch ini mengisolasi sisi transmiter sirkuit dari amplifier. Dengan

single tranduser, tegangan mencapai amplifier dari pulser atau tranduser

(atau kombinasi keduanya), menghasilkan sinyal di sisi kanan layar yang

selalu dikembalikan sebagai “initial pulse” atau “mainbang”. Secara

nyata, initial pulse menutup display untuk area di bawah tranduser

(permukaan depan) benda uji.

Menggunakan dual tranduser mampu menghilangkan sinyal initial

pulse dari sisi kanan layar, ini meningkatkan waktu pengujian yang

tersedia mendekati permukaan depan (atas) benda uji.

e. Frequency Selection

Tranduser dioperasikan pada frekuensi tertentu berdasarkan

ketebalannya. Tranduser berosilasi pada frekuensi resonansinya, tapi juga

menghasilkan frekuensi yang lain, kadang lebih tinggi dan kadang lebih

rendah dari pada frekuensi utamanya. Sehingga dibutuhkan sesuatu untuk

menyaring frekuensi yang tidak dibutuhkan tersebut karena bisa

menimbulkan noise tingkat rendah. Untuk mengatasinya, beberapa

instrumen ultrasonik didesain sehingga bisa menerima range frekuensi

tertentu yaitu dengan menambahkan “narrow band receiver” atau “broad

band receiver”, efek dari penambahan instrumen ini adalah bahwa

receiver hanya memproses frekuensi yang diinginkan seraya

menyesuaikan “bandwidth”, contoh selektor 5 MHz mungkin hanya

menerima energi antara 4 MHz sampai dengan 6 MHz, didasarkan pada

spesifikasi. Nama lain untuk circuit jenis ini adalah “band pass filter” .

Band pass filter ada 2 jenis, yaitu :

1. high-pass filter, untuk menyaring frekuensi yang lebih tinggi dari pada

frekuensi aslinya.

2. Low-pass filter, untuk menyaring frekuensi yang lebih rendah dari

pada frekuensi aslinya.

2.3.1.2 Gate

Elektronik gate digunakan untuk menghasilkan aksi berdasarkan

sinyal yang terjadi dalam gate. Gate adalah gaya yang dimasukkan

kedalam time base pada lokasi user-selected sebagaimana ditunjukkan

pada Gambar 3.2. Gate biasanya terlihat sebagai garis elektronik tambahan

pada time-base. “Positive Gate” akan memungkinkan masuknya sinyal

kedalam gate sehingga menyebabkan tegangan terkirim ke alat tertentu,

sebagai contoh : alarm audible atau visible. Kebalikannya jika digunakan

pada daerah negatif, maka keberadaan sinyal dalam gate dapat

menyebabkan aksi serupa terjadi.

Gambar 2.12. Gate

Gate dapat digunakan untuk menghasilkan display numeris dari

sinyal pada posisi horizontal atau untuk menghasilkan prosentase

amplitudo pada layar. Ambang pintu gate biasa diatur sesuai dengan

fungsinya saat menyesuaikan amplitude sinyal. Penggunaan yang

didasarkan pada aplikasinya juga menentukan posisi dan luas gate.

Instrument modern menggunakan sinyal gate untuk menggunakan

informasi yang bisa digunakan untuk menghitung dan mengukur

kedalaman retak, atau dalam kasus angle beam transduser, sinyal gate bisa

digunakan untuk menghitung jarak lokasi retak ke depan trasduser dengan

program trigonometri. Sinyal gate juga bisa digunakan untuk

menghasilkan gambar “C-scan” (lihat Gambar 2.13)

Gambar 2.13. Sinyal gate untuk menghasilkan gambar C-scan

2.3.1.3 Storage Memory

Adalah instrument digital yang menyediakan fasilitas untuk

menyimpan kalibrasi atau bentuk gelombang. Kalibrasi dalam jumlah

banyak dapat disimpan dan dapat diperoleh kembali kapan saja. Bentuk

gelombang juga disimpan dan dapat dimuat kembali ke komputer untuk

kemudian di print.

2.3.1.4 Display

Ada sedikit perbedaan cara untuk menunjukkan informasi

ultrasonik. Penunjukan A-scan diperlihatkan oleh alat pendeteksi

cacat/retak ultrasonik secara konvensional. Gambar 2.14 menunjukkan

hasil tes dimana terdapat dua retak, menurut penunjukan “A-scan”.

Display A-scan bisa berupa “rectified” atau “unrectified” sebagaimana

ditunjukan oleh Gambar 2.15.

Gambar 2.14. Hasil tes penunjukan A-scan

Gambar 2.15. Penunjukan display A-scan

Display “B-scan” ditunjukkan sebagai “potongan” terhadap bagian

benda uji. Sinyal ditunjukkan sebagai titik terang atau garis pada layar.

Pada display yang ditunjukkan oleh Gambar 2.16, bahwa titik terang

serentak terjadi saat unit pencari digerakkan sepanjang benda uji (dengan

kecepatan yang sama dengan unit pencari).

Gambar 2.16. Penunjukan display B-scan

“C-scan” mempunyai tipe display seperti peta. Rekaman C-scan

pertama dihasilkan oleh rekaman eksternal yang diaktifkan oleh sinyal

yang memasuki elektronik gate yang terjadi cacat atau retak. Sebuah pena

akan menuliskan area dimana sinyal pada gate diaktifkan di kertas

perekam. Dengan kecanggihan teknologi saat ini rekaman gambar

dilakukan secara digital dan display ditunjukkan dengan warna yang

berbeda-beda pada monitor.

2.3.1.5 Transducers

Istilah lain yang digunakan untuk mendeskripsikan transduser

adalah “probe”, “seach unit”, dan “test head”. Kata “transduser” berasal

dari bahasa latin “transducere” yang berarti pengantar atau transfer.

Fungsi tansduser adalah untuk mentransfer energi listrik menjadi energi

mekanik dan kebalikannya.

Tahun 1880, Curie bersaudara, Pierre dan Jacques-Paul,

menemukan bahwa jika material kristal tertentu dibagi-bagi menjadi

bentuk plat-plat yang spesifik, bisa menghasilkan tegangan saat digeser-

geser, ini disebut “piezoelectricity” yaitu elektrisitas karena tekanan.

Quartz kristal adalah contoh utama jenis kristal. Adapun material

piezoelectric lain yang tersedia di alam, adalah tournaline dan garam

Rochelle. Kristal ini digunakan pada awal-awal pengujian ultrasonik

sampai material keramik polycrystalline ditemukan, yang kemudian

dikembangkan untuk meningkatkan fungsinya. Material polycrystalline

yang biasa digunakan dalam transduser adalah lead zirconate titanate

(PZT) dan lead metaniobate (PMN). Kedua material tersebut dicampur

dalam bentuk bubur dituang dalam cetakan, dikeringkan dalam cetakan,

kemudian diiris-iris dengan ketebalan sesuai dengan yang diinginkan.

Material tersebut meresonansikan bunyi sesuai dengan formulasi dan

ketebalannya. Sebagai contoh : Transduser 5 MHz elemen dari PZT akan

mempunyai ketebalan yang berbeda jika elemen tersebut terbuat dari

PMN. Potongan-potongan tersebut kemudian ditempatkan pada meja-meja

berongga. Langkah selanjutnya adalah menutup material dengan material

konduktif yang sangat tipis, biasanya silver (perak). Pada saat ini, elemen

belum bisa aktif sehingga harus dipolarisasi agar bisa digunakan untuk

tujuan menghasilkan atau menerima energi ultrasonik. Ini dikenal dengan

proses ”poling”. Elektroda ditempelkan pada permukaan dan elemen

dicelupkan kedalam oli. Oli ini dipanaskan pada temperatur yang disebut

temperatur Curie sesuai dengan jenis materialnya (juga disesuaikan

dengan temperatur kritisnya).

Elemen bisa mempunyai polaritas positif (+) dan negative (-).

Untuk gelombang longitudinal, elemen terpolarisasi, deformasi elemen

ditunjukkan pada Gambar 2.17a. Untuk gelombang geser (gelombang

transversal) bisa terbentuk saat element terpolarisasi dan berdeformasi

seperti ditunjukkan pada Gambar 2.17b.

Gambar 2.17. Bentuk deformasi elemen

Keuntungan keramik polycrystalline transduser adalah efisiensinya

yang bisa mencapai 60 sampai dengan 70 kali lebih baik dari pada material

lain. Elemen terpolarisasi seperti ditunjukkan oleh gambar 2.17a akan

mempunyai fungsi yang sama dengan gerakan piston. Elemen tumbuh

menjadi lebih pendek dan lebih gemuk gerakan ini akan terus terjadi

sampai alat ultrasonik berhenti berbunyi. Mungkin karena jika gerakan ini

tidak diredam, maka sinyal retak dari benda uji yang tertutup akan

kelihatan pada layar sebagai satu gabungan sinyal.

Untuk meredam gerakan tersebut maka ditambahkan material

“damping” atau “backing” dibelakang elemen, tetapi ikatan antara

material backing dan elemen juga penting, yaitu harus ada kesesuaian

akustik impedans antara elemen dan material backing. Idealnya tranduser

harus mempunyai panjang pulse pendek dan energi output tinggi. Tetapi

dua fitur ini berlawanan satu sama lainnya. Untuk itu peredam harus

dilengkapi dengan substant yang dilengkapi impedance akustik sesuai

dengan material akustik, dan juga mempunyai struktur padat. Biasanya

digunakan campuran tungsten dan epoxy.

Seiring dengan perkembangan teknologi, dikembangkan transduser

dimana pemilihan elemennya didasarkan pada impedance akustik sesuai

dengan aplikasi, sebagai contoh: transduser yang digunakan sebagai

“wedge drivers” mempunyai permukaan yang biasanya terbuat dari epoxy

(mempunyai impedansi yang baik) dipadukan dengan Plexiglas.

Transduser yang diaplikasikan untuk kontak secara langsung seperti unit

convensional zero degree, mempunyai permukaan depan yang terbuat dari

material yang mempunyai impedance akustik sesuai dengan benda uji,

biasanya aluminium atau besi. Material yang biasa digunakan untuk

aplikasi ini biasanya aluminium oxide.

a) Piezocomposite Transducers

Biasanya digunakan dalam lingkungan medis. Ide piezocompisite

transduser ditemukan pertama kali pada pertengahan tahun 1970. Keramik

dipotong-potong berbentuk persegi. Ruang kecil antar persegi-persegi

tersebut diisi dengan epoxy dan transduser disesuaikan ketebalannya,

ditutup silver (perak), dan dipolarisasi dengan cara yang sama pada

element transduser pada umumnya. Perbedaannya adalah pada

penunjukannya. Karena material peredam (epoxy) yang mengelilingi

keramik persegi pada transducer mempertunjukkan bandwidth yang besar

juga resolution yang besar. Sehingga hanya sedikit bahkan tidak

membutuhkan lagi penambahan backing material; menghasilkan efisiensi

yang besar daripada keramik peredam transduser konvensional.

Gambar 2.18. Piezocomposite Transducers

b) PVPF (Polyvinylidene Fluoride)

Keramik bukanlah satu-satunya material yang bisa menghasilkan

efek piezoelectric. Pada saat-saat tertentu, sensor polimer piezoelectric

digunakan dalam industri pengujian ultrasonik.

Keuntungan material PVDF adalah :

1. PVDF mempunyai akustik impedance

2. PVDF mempunyai range frekuensi yang besar, dan begitu juga

bandwidth yang luas karena itu PVDF menunjukkan pengurangan

ruang dan resolusi dekat permukaan yang sangat mendukung,

dibandingkan dengan material elemen piezoelectric konvensional.

3. Material PVDF fleksibel dan dapat dibentuk untuk memfokuskan

beam , sehingga ideal untuk penerapan dengan resolusi tinggi.

Kerugian :

1. PVDF mempunyai kekuatan lebih rendah dibandingkan dengan

tranduser piezoelectric konvensional.

2. PVDF tidak bisa digunakan untuk aplikasi kontak langsung

c) Non-contact Methods

Teknologi EMAT (Electromagnetic Acoustic transduser) lihat

Gambar 2.19. adalah cara lain untuk menghasilkan dan menerima energi

ultrasonik. EMAT mirip transduser yang terbuat dari koil yang

ditempatkan didekat benda uji. Koil membutuhkan daerah magnetik yang

berinteraksi dengan logam, menghasilkan deformasi dipermukaan

material. Deformasi ini menghasilkan energi gelombang ultrasonik.

Gambar 2.19.

EMAT (Electromagnetic Acoustic transduser)

Keuntungan :

1. Tidak membutuhkan couplant, karena transduser EMAT tidak

kontak secara langsung.

2. dapat diaplikasikan pada komponen dengan temperatur tinggi.

Karena transduser jenis ini tergantung pada daerah induksi,

sehingga transduser bisa bekerja pada daerah yang dekat dengan

permukaan. Kekuatan daerah magnetis berkurang jika jarak antara

transduser dan komponen bertambah jauh.

Kerugian :

1. Effisiensinya lebih rendah dari pada piezoelectric transducer.

2. Ukuran transduser relatif besar

3. Menghasilkan energi ultrasonik pada material nonkonduktif hanya

mungkin jika pelapis konduktif ditempatkan dipermukaan material

nondestructive tersebut.

d) Laser-Generated Ultrasound

Laser-generated ultrasound menggunakan dua laser. Laser yang

pertama untuk mengablatipkan permukaan dan menghasilkan gelombang,

sedangkan laser yang kedua (laser interferometer) untuk mendeteksi

gerakan pada permukaan karena gangguan dari gelombang reflektif.

Teknologi ini digunakan untuk inspeksi pada material komposit dalam

industri pesawat terbang.

Keuntungan :

1. Tidak membutuhkan couplant saat penerimaannya menggunakan

laser interferometry.

2. Laser dapat ditempatkan jauh dari permukaan benda uji.

e) Bandwidth

Transduser bandwidth dalam ultrasonik dideskripsikan sebagai

spektrum atau range frekuensi yang terjadi saat menggunakan transduser.

Untuk membuat bandwidth lebih berarti untuk tujuan perbandingan, maka

bandwidth diukur dengan menambahkan range amplitude. Biasanya range

amplitudo yang digunakan antara –3 db sampai dengan –6 db dari

maksimum amplitudo (lihat Gambar 2.20).

Gambar 2.20. Bandwidth

Standard yang digunakan sebagai pembanding pada transduser

adalah “quality factor” atau “Q” yang berfariasi karena ditempatkannya

peredam mekanik pada elemen. Jika Q lebih tinggi maka sensitifitasnya

akan semakin besar, semakin rendah Q maka resolusi karakteristiknya

makin besar.

f) Dual transducer

Transduser yang menyatukan fungsi elemen yaitu untuk transmisi

dan menerima energi ultrasonik disebut sebagai “dual transducer”

(ditunjukkan oleh Gambar 2.21). Seperti terlihat pada gambar, elemen

ditempatkan pada garis pembagi, elemen terbuat dari material non-

transmitting yaitu gabus. Elemen receiver tidak bisa menerima energi

secara langsung dari elemen transmitter.

Keterangan Gambar:

A = Insulator

B = Plexiglas stand off

C = Elemen

D = Damping

E = Case

Gambar 2.21. Dual transducer

Tujuan utama transduser tipe ini adalah untuk menambah

kemampuan resolusi near-surface dari sistem ultrasonik. Dual transducer

dapat di desain untuk memisahkan reflektor yang sangat dekat dengan

permukaan scanning, karena itulah transduser di desain dengan “roof

angle” atau “squint angle” yang sesuai. Hal ini bisa menghasilkan energi

pada benda uji yang direfraksikan secara langsung pada sisi receiver

transduser. Pada kenyataannya, semakin besar roof angle, maka resolusi

terhadap permukaan scanning menjadi semakin baik.

Dual transducer dapat digunakan pada aplikasi angle beam. Pada

kasus ini ditunjukkan beberapa keuntungan yang sama, yaitu : daerah

intersection (perpotongan) energi suara dapat diatur untuk menambah area

spesifik pada benda uji atau komponen uji. Tidak benar jika transduser

jenis ini disebut sebagai transduser yang difokuskan, tetapi teknik ini tidak

terbatas pada penerimaan energi yang direfleksikan pada daerah dimana

beam pada transmitter memotong daerah hypothetical dari beam penerima.

Catatan : bahwa tidak ada energi dari receiver, tetapi karena sudut datang

sama dengan sudut refleksi, dan karena receiver ditujukan pada daerah

transmitted beam, maka refleksi planar pada beam akan merefleksikan

energi terhadap receiver. Energi yang mampu dideteksi oleh receiver

ditunjukkan oleh daerah intersection pada transmitter. (lihat Gambar 2.22).

Gambar 2.22. Energi yang dideteksi receiver

g) Focused Transducer

Focused Transducer menggunakan prinsip lensa diterapkan pada

suara. Yaitu memfokuskan cahaya yang diterima dengan menggunakan

lensa. Demikian juga saat meneruskan energi suara, dilakukan dengan cara

yang sama. (lihat Gambar 2.23).

Gambar 2.23. Focused Transducer

Tiga pendekatan yang bisa digunakan untuk melakukan pengujian dengan focusing beam adalah :

1. membuat elemen transduser.

2. menambahkan lensa konkaf pada permukaan transduser

3. menambahkan lensa bikonveks pada “path” energi suara (sama dengan

memfokuskan cahaya dari matahari menggunakan lensa suryakanta).

Energi suara bisa difokuskan, sehingga energi berkumpul di

kedalaman atau area tertentu pada benda uji.

h) Phased Array Transducer

Transduser ini menyatukan elemen-elemen yang disusun dengan

pola tertentu untuk tujuan memfokuskan atau mengatur energi. Akibat

penggunaan elemen-elemen kombinasi yang disusun berjejer dan

penggunaan timing pulse untuk merangsang elemen-elemen tersebut,

dihasilkan beam yang fokusnya mempunyai kedalaman yang berbeda-beda

pada benda uji (lihat Gambar 2.24). Bermacam-macam gelombang

didepan elemen dikombinasikan untuk membentuk beam. Susunan elemen

bisa berbentuk lingkaran atau persegi empat, tergantung pada bentuk beam

dan bentuk penyebaran energi yang diinginkan. Penyusunan elemen secara

linier lebih banyak digunakan dalam dunia kesehatan dari pada sektor

industri.

Gambar 2.24. Fokus beam pada Phased Array Transducer

i) Bubblers and squirters

Pengujian celup tidak hanya terbatas pada penempatan benda uji

atau komponen kedalam tangki air. Pengujian immersion (celup) bisa

dipermudah dengan menggunakan alat disebut “bubblers” atau

“squirters”.

Bubblers adalah alat dimana transduser ditempatkan didalam

housing yang didalamnya terdapat reservoir fluida. Fluida tersebut

dipompakan secara terus menerus kedalam housing. Transduser yang lebih

ringan ditempatkan satu tingkat diatas pemegang. Saat unit bubblers

ditempatkan pada permukaan benda uji, permukaan benda uji ditempatkan

Elemen

kombinasi

diatas unit, housing diisi dengan fluida, dan menyediakan film couplant

didepan transduser. (lihat Gambar 2.25).

Gambar 2.25. Unit bubblers

Squirters (lihat Gambar 2.26) memasukkan nozzle kedalam holder

(pemegang). Transduser ditempatkan didalam squirters ini dan semburan

air pelan yang ada dalam nozzle membawa energi suara ke permukaan

benda uji. Alat ini biasanya disatukan dalam sistim pengujian otomatis

seperti pada penggunaan untuk pengujian produk-produk pipa, atau

pengujian komponen-komponen pesawat, dimana komponen-komponen

tersebut tidak mungkin dicelup.

Gambar 2.26. Squirters

j) Wheel transducers

Pengujian immersion/celup ditemukan dalam berbagai bentuk/cara.

Wheel transducer adalah cara lainnya. Transduser ditempatkan pada

holder (pemegang) dengan wheel yang diisi dengan fluida. Fluida tersebut

bisa air, oli ringan atau material lainyang sesuai. Transduser dapat

ditempatkan pada sudut yang strategis dengan wheel sehingga bisa

menyediakan sudut refraksi yang sesuai. Alat ini sangat berguna untuk

menguji komponen-komponen yang bergerak, dimana permukaan couplant

terbatas. Alat ini biasa digunakan pada industri rel kereta api.

k) Permasalahan dalam Transduser

Seperti yang sudah diterangkan sebelumnya, pengujian ultrasonik

dimulai dengan transduser. Sehingga yang terpenting adalah cara kerja

transduser saat digunakan. Masalah dengan transduser harus dideteksi

terlebih dahulu. Sebaiknya selalu mencatat cara kerja setiap transduser saat

digunakan, sehingga cara kerja transduser bisa terpantau selama

digunakan. Item-item seperti pulse width, amplitudo, dan sudut (jika

digunakan) harus diketahui banyaknya. Photografi spektrum dan bentuk

gelombang harus ada. Parameter-parameter ini harus dicek secara teratur

dan cara kerjanya (performance) harus diperhatikan. Sebaiknya

memperhatikan parameter-parameter pada sistem yang sama setiap kali

digunakan. Variable-variabel seperti pulse, receiver, dan kabel, dapat

mengakibatkan perubahan yang mungkin bisa mengakibatkan error pada

transduser itu sendiri.

Perubahan cara kerja (performance) yang mungkin terjadi adalah sebagai

berikut :

1. Pulse length, bisa meningkat (+) karena alasan-alasan dibawah ini;

- material backing atau dumping (peredam) terlepas dari transduser

- wear face terlepas dari transduser

- elemen atau wear face retak/patah

- coil tuning terlepas

2.sensitivitas rendah, bisa terjadi karena beberapa alasan seperti :

- material elemen transduser menjadi semakin buruk atau rusak

- permukaan transduser terlepas

- coil tuning terlepas

3. beam miring, karena bagian permukaan transduser lepas

4. salah sambung. Kabel pada housing transduser rusak atau lepas.

5. pada angle beam transducers, pemasangan Plexiglas terlalu ke bawah

bisa menyebabkan sudut refraksi berubah.

2.4 Teknik

Teknik pengujian ultrasonik dibagi menjadi 2 kategori utama, yaitu

“pulse echo” dan “trought-transmission”. Setiap teknik harus menggunakan

kalibrasi yang sesuai sehingga time base mempunyai arti pada tiap ketebalan

material.

2.4.1 Teknik Kalibrasi

Proses kalibrasi dibutuhkan sebagai pendisiplin seperti teknik inspeksi.

Tetapi pada kenyataannya semua inspeksi membantu proses kalibrasi. Beberapa

teknik kalibrasi di bawah ini terdiri dari pengukuran dan pencatatan karakteristik

dari tiap transduser dan flaw detector.

2.4.1.1 Karakteristik Transduser

a. Compressions Wave Transducers

a.1. Resolusi

Pulse ultrasonic terdiri dari sedikit siklus energi suara pada

frekuensi pengujian. Karena itulah, pulse menempati ruang pada

material dengan waktu atau jarak tertentu. Puncak yang ditempati oleh

pulse itu disebut “pulse width”.

Secara matematis pulse width ditulis sbb :

W = n x

dimana :

n = jumlah putaran pulse

= panjang gelombang

Pulse width penting, karena satu pulse diproses, hal-hal lain

yang mengikuti pulse tidak bisa diproses secara langsung. Ini berarti,

bahwa dua reflektor yang hanya mempunyai jarak pemisah kecil, akan

terlihat sebagai suatu sinyal pengotor. Karena dua sinyal tersebut

overlap, maka perbedaan waktu antara keduanya tidak terukur.

Kemampuan sistem ultrasonik untuk membedakan antara 2 reflektor

yang terjadi hampir bersamaan disebut “resolusi”.

Resolusi yang bisa digunakan pada transdusers adalah sebagai berikut :

1. Dengan menghitung pulse width dan menggunakannya pada saat

mengukur jarak yang ditempati dalam benda uji. Sebagai contoh :

panjang gelombang compression wave 5 MHz pada baja 0,047”

(1,192 mm). Jika transduser yang ditanyakan mempunyai jumlah

putaran pulse 2,5 maka pulse width pada transduser adalah 0,047”

x 2,5 didapatkan 0,117” (2,98 mm). Sinyal dari permukaan yang

masuk bersama-sama akan mulai tercampur.

2. Dengan mengukur pulse width pada jejak-jejak kalibrasi. Jika time

base dikalibrasikan untuk pengujian material, maka posisi sinyal

dapat digunakan untuk mengukur pulse width.

3. Dengan mengecek resolusinya pada blok kalibrasi yang sesuai.

Jika tranduser mampu meresolusi jarak, maka tiga sinyal berbeda

akan ditunjukkan pada trace ( lihat Gambar 2.27). Blok telah

didesain sehingga jarak antara permukaan refleksi pertama dan

kedua adalah 1sec pada kecepatan besi.

Gambar 2.27. Tiga sinyal berbeda pada trace

a.2. Dead Zone – Initial Pulse ( Main Bang )

Saat menggunakan single crystal transducer, initial pulse dan

suara dari kristal akan disambungkan dengan sirkuit receiver dan

ditunjukkan pada time base. Sinyal ini menempati bagian awal trace,

dan mengindikasikan “dead zone” pada material. Saat kristal

mentransmisikan sinyal, trace tidak menunjukkan sinyal yang diterima

dengan jelas pada daerah tersebut. Karena alasan itulah, maka biasa

digunakan “dual crystal transducers” untuk komponen yang tebalnya

lebih kecil dari 0,5” (12,5 mm).

Dead zone dapat diukur pada time base pengkalibrasi, dengan

menghilangkan titik dimana initial pulse hilang

b. Angle Beam Shear Wave Transducers

b.1. Probe Index (Exit Point)

Jika menggunakan angle transduser untuk scanning yang

bersentuhan langsung maka kristal ditempatkan diatas Plexiglas agar

mampu menghasilkan sudut refraksi yang diinginkan pada komponen.

Pusat beam suara timbul dari baji (wedge) pada posisinya disebut

“probe index” atau “beam exit point”. Posisi terukur pada sisi baji

(wedge) transduser dan posisi diukur dari jarak horizontal, HD

(Horizontal Distance). Karena sering digunakan, baji (wedge) bisa

menjadi usang dan exit point bisa berubah, sehingga probe index baru

harus diukur dan ditandai, jika menginginkan keakuratannya tetap

terpelihara. Gambar 2.28 menunjukkan shear wave angle beam

transducer yang diposisikan 45˚ pada blok IIW - VI sehingga pusat

beam ditunjukkan pada radius 100 mm. Perpotongan antara slot sempit

dengan permukaan scanning merupakan titik pusat dari radius 100

mm. Saat transduser digerakkan kedepan atau kebelakang slot, maka

echo dari radius 100 mm akan terlihat naik atau turun. Saat transduser

mencapai amplitudo maksimum, maka pusat beam akan lurus terhadap

pusat radius, dan menjadi berpotongan terhadap nilai tangensial radius.

Slot kemudian menandai pusat radius yang sekarang lurus dengan

probe index sesungguhnya. Jika probe indek berubah terhadap index

yang telah ditandai, maka probe index baru harus dibuat melalui

pengukuran yang berbeda dan disimpan sehingga dapat digunakan

kembali selama operasi berlangsung.

Gambar 2.28.

Shear wave angle beam transducer pada posisi 45˚

b.2. Beam Angle

Sudut beam pada beam angle transducer bisa diukur pada VI

blok satu dimana probe index telah ditetapkan. Pada blok VI

ditambahkan lobang Plexiglas-filled besar sebagai target untuk

mengukur sudut beam. Dari pusat lubang tersebut, sudut telah

diproyeksikan terhadap ujung blok dan perpotongan diukur sebagai

sudut, tiap 5 dari 35 sampai dengan 70.

Saat angle beam transducer discankan terhadap lobang, seperti

ditunjukkan oleh Gambar 2.29, maka sinyal mencapai maksimal ketika

beam ditunjukkan lurus pada pusat lubang. Seperti yang terjadi pada

gambar, probe index diluruskan dengan titik sudut beam sesungguhnya

harus selalu diperiksa lagi terhadap sudut nominalnya; variasi yang

terjadi harus dicatat dan sudut sesungguhnya dapat digunakan saat

menggunakan teknik pengukuran dan ploting discontinuity.

Gambar 2.29.

Angle beam transducer yang discankan terhadap lobang

b.3. Beam Spread Diagram

Beberapa teknik pengukuran discontinuity menggunakan

diagram beam spread untuk menetapkan ujung discontinuity. Oleh

karena itulah, maka diagram beam spread harus digambar agar probe

index bisa digunakan. Untuk memilih diagram beam spread yang

akurat, harus diperhatikan informasi dibawah ini :

1. Probe sudut beam masih ditanyakan.

2. Batas beam yang digunakan (-6 dB atau –20 dB).

3. Perhitungan probe index (exit point) untuk probe masih ditanyakan

desainnya. Sirkuit ini akan menyaring frekuensi di luar bandwidth.

Sudut beam dan probe indek ditetapkan dengan teknik kalibrasi

di atas. Pada titik 20 dB atau 6 dB akan ditentukan oleh kode inspeksi

yang relevan dan standar. Jika informasi-informasi diatas sudah

dipilih, langkah selanjutnya adalah menyiapkan plotting bantuan,

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.30.

Plot card yang ditunjukkan pada Gambar 2.30 mempunyai

skala horizontal yang mewakili jarak horizontal sepanjang permukaan

scanning, yaitu dari probe indek sampai dengan titik referensi. Skala

vertikal mewakili ketebalan komponen. Dari perpotongan antara kedua

skala tersebut, maka skala beam path digambar pada pengukuran sudut

beam untuk probe (bukan merupakan titik sudut nominal pada probe)

Panjang permukaan scaning

Gambar 2.30. Plot card

Langkah selanjutnya adalah mengukur beam spread pada

kedalaman yang berbeda sehingga diagram beam spread dapat dibuat.

Hal ini dilakukan dengan menggunakan blok kalibrasi beam seperti

blok IOW (lihat kalibrasi blok). Blok ini berisi satu seri sisi yang

dilubangi oleh bor yang berdiameter 1/16 inchi (1,55 mm), dan tiap

permukaan blok mempunyai kedalaman yang berbeda. Pada plot card

yang ditunjukkan pada Gambar 2.31, ada garis-garis yang

digambarkan paralel terhadap skala horizontal, pada kedalaman lubang

yang akan digunakan sebagai diagram beam spread. Hal tersebut

hanya dibutuhkan untuk mengeplot beam spread bila menggunakan

time base dengan range maksimum.

Gambar 2.31.

Plot card yang akan digunakan sebagai diagram beam spread

Sebagai contoh, komponen yang diuji mempunyai ketebalan 25

mm, sehingga garis parallel yang tergambar pada block hole depth

IOW adalah, 13, 19, 25, 32, 42, 48, dan 56, seperti ditunjukkan pada

diagram. Setiap lubang telah discan dari permukaan yang telah

disediakan. Echo dari lubang-lubang itu dimaksimalkan oleh gerakan

probe sepanjang permukaan scaning seperti yang ditunjukkan oleh

Gambar 2.32. saat sinyal mencapai amplitude maksimum, pusat beam

dipusatkan pada pusat lubang. Berat sinyal kemudian disesuaikan

hingga diperoleh nilai yang terbaik, biasanya 80 % dari satu layar

penuh.

Kedalaman

lubang yang

akan digunakan

sebagai diagram

beam spread

Gambar 2.32.

Gerakan probe sepanjang permukaan scaning

Berat sinyal yang baru dicatat, dan pada layar ditandai dengan

pensil lilin sebelum sinyal dikembalikan pada berat sinyal

sesungguhnya (80%). Panjang beam path diambil dari time base, dan

disimpan dalam tabel untuk tiap kedalaman lubang dan posisi pusat

beam.

Transduser kemudian discan kembali sampai amplitudo sinyal

berkurang terhadap garis pensil lilin. Range time base dicatat kembali

dan disimpan sebagai posisi back-edge beam.

Langkah akhir adalah menggerakkan transduser kembali ke

lokasi amplitudo maksimum dan kemudian menscan kembali hingga

sinyal kembali mencapai garis pensil lilin. Catat range time base ini

dan disimpan sebagai front-edge beam.

Ketiga simpangan range time base tersebut kemudian

dipindahkan ke plotting card yang menggambarkan busur-busur yang

dipusatkan pada card zero. Busur-busur tersebut memotong garis

paralel untuk kedalaman lubang yang ditanyakan dan busur beam pusat

juga memotong skala beam path. Busur-busur tersebut ditunjukkan

pada Gambar 2.31. langkah-langkah diatas diulang lagi untuk setiap

tujuh lubang, yang kemudian digunakan dalam diagram beam spread.

Jika semua busur-busur tersebut telah diplot, ujung-ujung beam dapat

digambarkan seperti ditunjukkan pada Gambar 2.33, dan diagram

beam spread telah sempurna.

Gambar 2.33. Ujung-ujung beam pada diagram beam spread

2.4.2 Sistem Cek dan Kalibrasi

2.4.2.1 Time Base Calibration – Compression Waves

Kalibrasi time base didapatkan dengan menetapkan kedalaman

yang diketahui sebagai skala, yang melintang terhadap trace untuk

material yang akan diuji. Blok 11 W V1 adalah blok kalibrasi untuk besi.

Blok 11 W V1 mempunyai pemuliaan refleksi dimana kalibrasi time base

yang diizinkan adalah 25 mm, 50 mm, 100 mm, dan 200mm.

Kenyataan untuk kalibrasi time base adalah bahwa “zero” pada

trace mewakili permukaan scanning dan “full scale” mewakili kedalaman

yang diketahui atau ketebalan. Antara zero dan full scale, ada graticule

yang mewakili perubahan linier dari kedalaman. Masalah utama yang

dihadapi oleh penguji adalah karena titik pada trace yang mewakili

masuknya beam ke dalam permukaan tidaklah nyata. Dalam kasus single

crystal transducer, suara awal merupakan pengguna pulse tegangan yang

dilepaskan. Karena itulah sehingga titik awal adalah, suatu tempat dalam

“initial pulse” dimana sinyal dijenuhkan.

Saat bentuk multiple echo dilihat sebagai suara yang memantul ke

atas dan ke bawah di dalam material, maka satu kenyataan yang terjadi

adalah bahwa antara satu dinding refleksi dan dinding refleksi selanjutnya

tersebutlah, suara berjalan melewati ketebalan spesimen. Kesimpulannya,

ruang antara refleksi pertama kali dimulai hingga refleksi kedua kali

dimulai secara langsung sesuai ketebalan dinding tersebut “start point”.

Gambar 2.34 menunjukkan single crystal transducer ditempatkan pada

blok V1 untuk range 25mm. Pada sebelah kiri trace (time base) adalah

initial pulse, dan sebelah kanan adalah refleksi balik juga multiple signals

pertama. Kedua sinyal ditempatkan sebagai bagian dari satu pengujian di

dalam blok.

Keterangan Gambar:

A: Single crystal transducer

B: Test Piece

C: Initial pulse

D: Refleksi balik

E: Multiple signal pertama

Gambar 2.34.

Single crystal transducer serta blok V1 untuk range 25mm

Untuk mengetahui jaraknya, ujung kiri refleksi balik pertama

digerakkan menggunakan control “delay” sampai ujung kiri refleksi balik

pertama tersebut segaris/bertemu dengan “zero” pada graticule.

Kemudian, dengan menggunakan kontrol “depth” atau “range” ujung kiri

sinyal multiple refleksi balik pertama, digerakkan hingga menjadi

segaris/bertemu dengan “10” pada graticule. Posisi sinyal refleksi balik

pertaman diperiksa dan disesuaikan lagi menggunakan kontrol “delay” jika

dibutuhkan, dan sinyal multiple refleksi balik pertama juga diperiksa dan

disesuaikan lagi menggunakan kontrol “depth”

Penyesuaian ini dibuat sampai ujung kiri dari kedua sinyal tersebut benar-

benar lurus dengan graticule, seperti ditunjukkan oleh Gambar 2.35.

Gambar 2.35. Dua sinyal yang benar-benar lurus dengan graticule

Pada tahap ini, time base dikalibrasikan untuk jarak 25 mm, tapi

zero adalah 25 mm dan “10” adalah 50 mm. Sehingga zero berarti

permukaan scanning ( 0 mm). Akan tetapi, semuanya tidak dihilangkan!

Kunci control depth, kemudian gunakan delay untuk menempatkan echo

refleksi balik pertama pada “10”, dan pekerjaan dilakukan! Sekarang zero

adalah 0 mm dan “10” adalah 25 mm.

Teknik diatas, yang menggunakan kontrol “delay” dan “depth”

untuk menyesuaikan refleksi balik dan multiple echo pertama dengan

graticule, juga dapat digunakan untuk beberapa range lain pada blok IV.

Karena di sini, delay didasarkan pada ruang Plexiglass dan karena

transmitter terpisah dari receiver, sehingga tak ada cara untuk menentukan

yang manakah titik masuk beam dengan menggunakan dual crystal

transducer. Tetapi, prosedur di atas hanya digunakan untuk mengkalibrasi

saja.

2.4.2.2 Time Base Calibration – Shear Wave Transducers

Kalibrasi biasa dilakukan pada blok V1 untuk range beam 100mm,

dan pada blok DIN 54 122 (V2) untuk 25 mm dan 50 mm. Prosedurnya

sama dengan penjelasan di atas (lihat Gambar 2.36 dan 2.37).

Gambar 2.36. Blok V1 untuk range beam 100mm

Gambar 2.37.

Blok DIN 54 122 (V2) untuk 25 mm dan 50 mm

Slot sempit yang menandai pusat radius/ jari-jari 100mm juga

mempunyai tujuan lain. Yaitu membuat sudut reflektor pada permukaan

scanning sehingga memungkinkan bagi echo balik pertama untuk

merefleksikannya lagi ke radius untuk menghasilkan bentuk echo multiple.

Kalibrasi time base kemudian dapat di set dari echo balik pertama hingga

echo balik kedua. Hal ini bisa dilakukan dengan menggunakan kontrol

delay untuk membawa echo balik pertama ke titik echo balik kedua ke titik

“10” pada time base. Time base sekarang mewakili 100mm pada material,

tapi diset dari 100-200mm. Untuk membenarkan pengaturan/pengesahan

sehingga terbaca 0-100mm, maka digunakan kontrol delay untuk

menggeser echo balik pertama pada titik “10”.

2.4.2.3 Calibrasi Amplifier (Tes Sensitivity)

Sangat penting untuk mengkalibrasi time base agar mendapatkan

posisi reflektor yang benar, juga sangat penting untuk mengkalibrasi

amplifer untuk mengetahui banyaknya gain. Kalibrasi amplifier ini

penting untuk meyakinkan bahwa ada cukup gain yang bisa digunakan

untuk mendeteksi “critical discontinuities”, yaitu gain tidak terlalu tinggi

sehingga memperlihatkan indikasi palsu, dan untuk menjamin kemampuan

mengulan-ulang antara inspeksi.

Bentuk paling sederhana dari setting gain adalah memilih target

yang diketahui dalam blok kalibrasi, dan menggunakan gain untuk

mengatur amplitudo echo dari target hingga mencapai tinggi yang

seharusnya. Target bisa berupa dinding pemantul (back wall), sisi

berlubang (slide-drilled hole), lobang atas yang tipis (flat-bottomed

hole/FBH), dalam blok kalibrasi atau berupa jalan kunci (keyway) atau

jalan minyak (oilway) dalam komponen itu sendiri.

2.4.2.4 Blok Amplitudo Jarak dan Area.

Karena amplitudo echo dapat berfungsi sebagai reflektor area dan

kedalaman, maka area dan kedalaman yang diketahui dari target dapat

digunakan untuk mengeset pengujian sensitivitas. Ini adalah blok kalibrasi

yang didesain untuk menunjukkan fungsinya. Sebaliknya, lobang atas

yang tipis (flat-bottomed hole/FBH) digunakan sebagai target. Range

ukurannya adalah dari diameter 1/64” (0,4mm) sampai 8/64” (3,2mm)

dalam 1/64” langkah. Pengaturan blok ke dalam ukuran ini, berada dalam

range kedalaman scanning.

Sensitivitas diatur dengan cara memilih ukuran FBH dan

kedalaman scanning, yang tersedia dalam blok, dari material yang sama

sebagai komponen yang akan diuji. Transduser ditempatkan pada blok dan

discankan hingga mencapai amplitudo echo maximum dari FBH. Gain

disesuaikan untuk membawa echo ini hingga tinggi yang ditetapkan. Ini

disebut sebagai “referensi sensitivitas” atau “referensi gain”.

2.4.2.5 Distance Amplitude Correction (DAC).

Saat jarak antara transduser dan reflektor meningkat, banyaknya

energi yang sampai dan kembali dari reflektor ke transduser menjadi

berkurang. Prinsip ini ditemukan melalui pengamatan terhadap amplitudo

sinyal yang direfleksikan oleh reflektor yang ditempatkan pada jarak

berbeda-beda dari transduser. Banyaknya reduksi/pengurangan sinyal

tergantung pada beberapa faktor, seperti attenuasi material, frekuensi

transduser, dan ukuran transduser.

Sistem ultrasonik dapat berupa lingkungan/ daerah dimana

kemampuan elektroniknya meningkatkan gain sesuai jarak reflektor,

didasarkan pada pertimbangan terhadap banyaknya attenuasi dalam benda

uji dan faktor-faktor lain seperti disebutkan di atas. Ini disebut juga “swept

gain”. Swept gain, secara efektif mengontrol peningkatan dalam gain di

sepanjang time base. Sebagai contoh: sinyal dari reflektor tipis

berdiameter ¼” yang ditempatkan pada kedalaman 1 inchi, dengan

amplitudo sinyal diatur 80%. Bisa secara elektronik bertahan pada

amplitudo yang sama di time base meskipun reflektor mungkin 2,4,5,10

inchi lebih lanjut dari transduser. Jenis ini dibutuhkan saat faktor efek

attenuasi terjadi pada sistem tes otomatis. Variabel material dikurangi atau

dihilangkan dengan cara ini.

2.4.2.6 Transfer Corrections.

Saat referensi amplitudo ditetapkan menggunakan kalibrasi atau

blok referensi, dimungkinkan ada perbedaan antara blok kalibrasi dan

komponen, yang berpengaruh terhadap sensitivitasnya. Hal ini terjadi

karena perbedaan kondisi permukaan, ketebalan material, atau

attenuasinya. Proses ini dikenal sebagai “transfer correction” (transfer dari

blok kalibrasi ke komponen).

Contoh di bawah ini untuk angle beam transducer, tetapi beberapa

prosesnya diterapkan di straight beam transducers.

Teknik Transfer Correction dengan cara menempatkan transduser di blok

kalibrasi dan di penerima sinyal pada jarak satu skip penuh

dimaksimalkan. Amplitudo sinyal diatur pada 80% FSH (full screen

height). Catat panjang beam path di sepanjang time base, dengan pensil

lilin. Transduser digerakkan untuk meletakkan echo pada full skip kedua.

Amplitudo sinyal dan panjang beam path pada lokasi time base kemudian

juga dicatat.

Dengan membedakan dB berdasarkan perbedaan panjang beam

path, energi yang hilang bisa dihitung dalam dB per unit jarak (inchi

atau mm). Nilai ini biasa dicatat. Transduser di tempatkan pada bagian

lain dan prosedur di atas diulang lagi.

2.4.2.7 Distance, Gain, Size (DGS) Technique.

Prinsip ini didasarkan pada karakteristik beam dari tiap transduser.

Bagimana cara reflektor tertentu dalam merespon beam dapat

diprediksikan. Kurva DGS tersedia untuk 2 jenis reflektor. Yang pertama

adalah total beam reflektor, mengefektifkan reflector back wall saat

kedalamannya meningkat. Di dalam kurva back wall ada tipe yang kedua,

yaitu satu seri kurva untuk reflektor yang lebih kecil dari beamnya.

Reflektor ini adalah target FBH, tiap kurva mewakili satu diameter FBH

saat kedalamannya meningkat.

Kurva ini dihitung dan dibuat untuk tiap jenis transduser, tersedia

dalam bentuk kertas data dan aksesoris transparan untuk dijepitkan di

depan screen. Prosedur kalibrasi menggunakan echo dari full back wall

sampai target setting up. Target setting up diatur menggunakan kontrol

gain untuk ketinggian tertentu pada CRT (sebagai contoh 40% FSH).

Langkah selanjutnya didasarkan pada ukuran kurva untuk diameter FBH

tertentu. Baca ke bawah garis jarak hingga jarak yang sama pada ketebalan

komponen dan catat perbedaan dB antara kurva back wall dan kurva

ukuran pada jarak tersebut. Kembali ke detector flaw, dan tingkatkan gain

sesuai perbedaan dB. Pada pengaturan gain yang baru, berdasarkan

reflektor FBH pada kedalaman back wall, bias diberi sinyal 40% FSH.

Pada kedalaman yang berbeda, maka sinyal dari referensi FBH akan

mengikuti ukuran kurva untuk kedalaman yang dikenai.

Saat diaplikasikan pada angle beam gelombang transversal, tidak

seperti pada echo back wall, kecuali saat digunakan echo dari radius

100mm pada blok IIW V1. Karena echo dari radius 100mm pada blok II

W V1 bukan merupakan echo back wall dari komponen, sehingga transfer

koreksinya harus dinuat. Hal ini mengakibatkan pengukuran intensitas

suara ynag melewati blok V1 dan yang melewati komponen, dimunculkan

sebagai perbedaan dB.

2.4.2.8 System Checks

Berbagai cek dan kalibrasi tersedia untuk menguji semua sistem,

seperti transduser, kabel, dan flaw detektor. Yang paling sederhana adalah

cek untuk sistem overall gain, mengguanakan Plexiglass yang dimasukkan

dalam blok V1. Transduser diletakkan pada Plexiglass dan gain

ditingkatkan sampai terlihat noise (grass) sepanjang 2mm atau dicapai

gain penuh. Jumlah echo back wall yang terlihat pada layar ditetapkan

sebagai sistem gain yang diukur untuk transduser, frekuensi, dan flaw

detector.

Cek yang lain harus dlakukan terus-menerus untuk menyakinkan

bahwa cara kerja sistem tidak memburuk,. Sistem kerja tersebut meliputi

garis linear amplifier (garis vertikal) dan garis liniar time base (garis

horizontal).

a) Garis Vertikal

Sinyal amplitudo yang telah ditetapkan mempunyai beberapa arti

dan sinyal amplitudo bisa diperbandingkan dalam pengukuran dB. Saat

membandingkan data amplitudo, dibutuhkan alat ukur atau pembanding;

pada kasus ini sinyal amplitudo diukur secara akurat tanpa diberi toleransi.

Karena itulah, di sini ada konfirmasi bahwa sinyal amplitudo terukur yang

ditunjukkan pada layar, mempunyai arti untuk tujuan tertentu.

Prosedur dasarnya adalah sebagai berikut:

1. Dua sinyal dari satu atau dua reflektor ditetapkan pada FSH 80% atau

40%.

2. Gain berkurang sampai sinyal 80% diposisikan pada FSH 70%. Pada

titik ini, sinyal yang lebih rendah harus mempunyai amplitudo 35%.

3. Prosedur ini diulang-ulang sampai pada langkah-langkah dimana

pengurangan sinyal amplitudonya lebih tinggi dari 10%. Sinyal

amplitudo yang rendah harus tinggal 50% dari sinyal amplitudo lebih

tinggi sepanjang range vertikal.

b) Garis Kontrol Amplitudo

Verivikasi bahwa kontrol gain segaris dengan respect pada sinyal

yang tercatat pada layar mirip pernyataan yang sesuai. Prosedurnya

disebut sebagai “amplitude control linearity verification”, yaitu sebagai

berikut:

1. Sinyal dari reflektor diatur pada amplitudo FSH 80%. Gain diturunkan

sampai -6dB. Sinyal sekarang mempunyai amplitudo FSH 40%.

2. Jika sinyal amplitudo diatur pada 10% FSH dan gain 20dB

dimasukkan, maka amplitudonya menjadi FSH 100%.

3. Nilai lain yang memenuhi range dipilih dan diubah-ubah.

c) Garis Horizontal.

Dengan instrumen ultrasonik, kemampuan untuk mengkalibrasi

sistem pada display bisa berupa inchi, mili meter, bahkan mikro pun bisa.

Instrumen display pada layar mirip kombinasi dari kecepatan suara dalam

material uji dan jarak yang dilalui oleh suara. Untuk melakukannya dari

kecepatan suara dalam material uji dan jarak yang dilalui oleh suara.

Untuk melakukannya dibutuhkan “standar kalibrasi”. Standar kalibrasi

dijunjukkan sebagai “garis horizontal”. Intrumen dikalibrasi dan

dibedakan dengan menggunakan standar sesuai ketebalan yang diketahui.

Bila transduser diletakkan pada standar tersebut, maka kontrol instrumen

(sweep dan delay) diatur pada display sinyal sesuai tingkat ketebalan, yang

segaris dengan tiap penambahan yang sesuai pilihan pada layar. Jika sinyal

bias dianggap mempunyai garis horizontal yang bisa diterima.

2.4.3 Teknik Inspeksi

2.4.3.1 Teknik Pulse-Echo

a) Kontak scanning menggunakan gelombang kompresi.

Teknik pulse-echo gelombang kompresi biasa dipakai, keduanya

single maupun dual crystal transducer menunjukkan energi ultrasonik

yang tegak lurus atau hampir tegak lurus terhadap permukaan scanning.

Teknik ini dikenal sebagai “teknik pengujian straight beam”.

Pada satandar teknik gelombang kompresi, refleksi dari back wall

dan retak, digunakan untuk menetapkan kelayakan komponen. Agar

refleksi tersebut terpenuhi, maka penting untuk mengorientasikan reflektor

sehingga bagian permukaan, pararlel terhadap permukaan alat scanning,

dengan kata lain normal terhadap beam. Retak laminar atau retak

volumetrik, seperti lubang gas atau inklusi benda-benda nonmetallik

merupakan orientasi yang sesuai. Retak yang menyudut, terhadap

permukaan scanning mungkin tidak direfleksikan atau akan merefleksikan

suara keluar dari transduser.

Gambar 2.38a menunjukkan single transducer dengan gelombang

kompresi digunakan untuk mengukur ketebalan logam, dan Gambar 2.38b

menunjukkan hubungan antara ultrasonik A-scan trace dimana time base

dikalibrasikan untuk skala penuh 25 mm. Pulse awal terlihat pada zero di

sebelah kiri trace dan sinyal refleksi balik terlihat ¾ panjangnya pada time

base, mengindikasikan ketebalannya adalah 18,75 mm. Pengukuran

ketebalan adalah satu contoh paling sederhada dari pengujian

menggunakan gelombang kompresi. Memperhatikan bahwa pulse awal

menduduki hampir ¼ time base sehingga 6 mm dari metal path

disembunyikan. Daerah tersembunyi ini disebut sebagai “dead zone”.

Gambar 2.39a menunjukkan elemen dual transducer yang diatur untuk

mengukur ketebalan pada contoh dengan tebal 4 mm. Gambar 2.39b

menunjukkan trace untuk contoh dengan time base kembali dikalibrasikan

untuk 25 mm. Perhatikan bahwa memilih pengoperasian “dual” dimana

flaw detector megisolasi transmiter dari sirkuit penerima, sehingga disana

tak ada pulse awal dan akibatnya, tidak ada dead zone. Sinyal refleksi

balik pertama (juga disebut sebagai “back wall echo” atau “BWE”)

ditunjukkan 4mm pada time base. Perhatikan juga bahwa multiple BWE

terlihat 8,12,16,20, dan 24 mm pada time base.

Gambar 2.38.

(a). Single transducer untuk mengukur ketebalan logam

Gambar 2.38.

(b). Ultrasonik A-scan trace untuk kalibrasi time base single transducer

skala 25 mm

Gambar 2.39.

(a). Elemen dual transducer untuk mengukur ketebalan logam

Gambar 2.39.

(b). A-scan trace untuk kalibrasi time base dual transducer skala 25 mm

Satu cara dimana keakuratan pembacaan dapat ditingkatkan adalah

dengan menerima pembacaan dari multiple dan membagi-bagi hasilnya

menurut banyaknya celah penghubung pada multiple. Ambil contoh;

pembacaan pada 24mm (dimana ada 6 sinyal). Membagi 24 dengan 6 dan

hasilnya adalah 4mm. Meskipun, ketebalan sesungguhnya kira-kira 4,15

mm. Itu akan menjadi susah jika membaca keakuratannya pada sinyal

refleksi balik pertama, tapi keenam sinyal bisa diperkirakan 24,9. Jumlah

ini dibagi 6 menjadi sama dengan 4,15 mm. Pada kenyataanya, pemilihan

keakuratan hanya bisa digunakan pada contoh dengan permukaan

scanning sangat rata/licin, dan pada contoh permukaan back wall. Untuk

mengukur ketebalan pada permukaan berkarat, error bisa mencapai kurang

lebih 0,5mm.

Gambar 2.40a menunjukkan elemen single transducer yang diatur

untuk mendeteksi retak dalam plat besi dengan tebal 20mm. Retak ternyata

lebih kecil dari pada beam. Gambar 2.40b menunjukkan bahwa posisi echo

retak terjadi pada layar di 11mm di bawah permukaan scanning dan echo

refleksi balik menunjukkan ketebalan 20mm. Echo refleksi balik

berkurang amplitudonya karena sebagian beam direfleksikan oleh retak.

Jiaka retaknya lebih besar dari pada beam, maka di sana tidak ada echo

refleksi balik. Atau jika kebalikannya, retak lebih kecil maka sinyal dari

retak akan mempunyai amplitudo yang lebih kecil, dan echo refleksi baik

menjadi lebih besar. Sehingga mungkin perlu meningkatkan equipment

gain untuk melihat retak secara keseluruhan. Pada kasus yang lebih

ekstrim, retak mungkin sangat kecil, sehingga tidak bisa dideteksi pada

frekwensi pengujian tersebut atau pada gain yang digunakan. Jadi,

mendeteksi retak yang sesuai harus didasarkan pada ukuran retak,

frekwensi pengujian dan pengguanaan gain.

Gambar 2.40.

(a). Single transducer untuk mendeteksi retak dalam plat besi

(b). Posisi echo retak pada trace

Harus diingat bahwa attenuasi dari beam ultrasonik juga

mempunyai efek saat mendeteksi. Seperti energi yang masuk lebih dalam

ke dalam material, maka energi menjadi melemah. Mungkin beam terlalu

lemah untuk mengikuti echo kecil kembali mencapai receiver. Frekuensi

pengujian yang lebih tinggi, attenuasi yang lebih besar, dan penetrasi yang

lebih sedikit, bisa menyelesaikannya. Jenis material dan struktur

butirannya juga mempengaruhi attenuasi.

Praktikan harus menyeimbangakan bentrokan-bentrokan keperluan

dari ukuran retak yang akan dideteksi, jenis material, dan jenis beam

ultrasonik, saat memilih transduser dan frekuensi pengujian.

Gambar 2.41a dan b menunjukkan 2 retak yang tidak baik yang

diorientasikan pada beam suara. Retak miring pada Gambar 2.41a

merefleksikan energi dari transduser, juga menutupi back wall. Akibatnya

tidak ada sinyal yang terlihat pada display, melainkan menjadikan reduksi

pada refleksi balik. Pada Gambar 2.41b, retak vertikal mengikuti suara,

melewati sisi-sisi yang lain tanpa merefleksikannya, tetapi memberikan

echo back wall normal. Orientasi yang memungkinkan untuk jenis retak

ini juga harus diperhatikan saat melakukan prosedur pengujian.

Gambar 2.41.

(a). Retak miring pada material

(b). Retak vertikal mengikuti suara

Akhirnya, teknik pengujian untuk mendeteksi retak pada plat tipis

diperlihatkan pada Gambar 2.42a, b, dan c. Teknik ini disebut sebagai

“multiple echo” dimana hasil yang dicapai ditunjukkan pada Gambar

2.42b dan c. Time base dikalibrasikan untuk 50mm, untuk contoh yang

tebal 3mm. Dengan transduser pada posisi 1, maka bentuk multiple echo

membentang pada 30mm (14 sinyal) seperti ditunjukkan oleh Gambar

2.42b. Dengan transduser pada posisi 2, yang melewati retak, maka

multiple echo hanya membentang sampai 15mm, sebagaimana dicatat pada

Gambar 2.42c.

Gambar 2.42

(a). posisi 1 dan 2 saat pengujian terhadap plat tipis

(b). A-scan trace pada posisi 1

(c). A-scan trace pada posisi 2

b) Kontak Scanning Menggunakan Angle Beam Waves.

Jika orientasi dari beberapa retak yang terjadi dipertimbangkan

karena beam tidak tegak lurus terhadap permukaan scanning, maka butuh

untuk memiringkan beam agar tersedia sudut yang bias menjamin bahwa

beam mengenai retak setegak lurus mungkin. Untuk sudut yang kecil

(kira-kira 10 dalam material uji), bisa digunakan gelombang kompresi,

Tetapi untuk sudut yang lebih besar, mode konversi energi gelombang

geser membuat penggunaan gelombang kompresi itu sendiri tidak

mungkin. Sehingga perlu meningkatkan sudut incident (sudut masuk) di

luar sudut kritis pertama, jadi yang tertinggal hanya gelombang geser.

Sudut terendah untuk pengujian dengan gelombang geser adalah

kira-kira 35° . Hal ini bukan berarti bahwa pengujian pada sudut di antara

10° dan 35° adalah tidak mungkin. Meskipun, jika sudut pada range ini

harus digunakan, maka praktikan harus mempertimbangkan dengan cermat

geometri dari benda uji. Putusan selanjutnya adalah apakah akan

menggunakan gelombang kompresi atau serentak menggunakan

gelombang geser, didasarkan pada apa yang terjadi terhadap mode yang

tak diinginkan. Biasanya, transduser itu sendiri baik dengan gelombang

kompresi atau gelombang geser akan mengenai beam bila sudut transduser

35° sampai dengan 70° .

Biasanya sudut yang tersedia dalam ultrasonik dengan pengujian

menggunakan gelombang geser adalah 45° ,60° ,dan 70° , meskipun

sudut lain bisa dibuat sesuai kebutuhan.

2.4.3.2 Teknik ROD and PIPE

Gambar 2.43 menunjukkan angle beam yang ditempatkan

disekeliling batang logam, untuk mendeteksi retak longitudinal

disepanjang diameter luar (OD). Beam path panjang dari mana echo

berasal, seperti retak, akan terlihat pada time base, dapat dihitung dari:

Beam path = OD x cos

Dimana: = sudut probe

Jika time base dikalibrasikan pada range yang sesuai, maka semua

keliling bisa diuji dengan menscan dari A sampai dengan B seperti

Gambar 2.43.

Gambar 2.43.

Angle beam yang ditempatkan disekeliling batang logam

Pengaturan yang sama ditunjukkan oleh Gambar 2.44a, tapi pada

waktu itu probe ditempatkan pada pipa. Sudut dimana beam mengenai

lubang pada pipa, tergantung pada sudut transduser dan radio diameter

dalam (ID) terhadap OD. Panjang path AB terhadap ID dapat dihitung

dari:

cos

t

BeamPath

dimana:

t = tebal dinding pipa

= sudut probe

Gambar 2.44 (a). Probe ditempatkan pada pipa tipis

Gambar 2.44 (b). Angle beam pada pipa yang berdinding tebal

Saat memeriksa retak pada permulaan pipa untuk CD dan ID, akan

lebih mudah jika kalibrasi time base menggunakan blok referensi yang

sama seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.44b: lubang antara ID dan

OD akan menyediakan titik refleksi. Jika dinding pipa sangat tebal, pusat

beam tidak akan mencapai lubang pipa, seperti ditunjukkan oleh gambar

2.45.

Gambar 2.45.

Pusat beam pada diding pipa yang sangat tebal

Untuk beberapa nilai sudut, maka ketebalan maksimum dinding yang

diberikan pipa OD dapat dihitung dari persamaan:

2

)sin1(

OD

t

Dimana:

t = tebal maksimum dinding pipa

= sudut probe

Dari persamaan ini diperoleh persamaan lain untuk menghitung

sudut probe optimum untuk meguji lubang tertentu pada pipa. Persamaan

tersebut menjadi:

OD

t21

sin

Sebagai panduan. Tabel 2.1 memberikan ketebalan maximum dinding

yang bisa digunakan dengan sudut probe yang sudah distandarkan untuk

range diameter pipa tertentu.

Tabel 2.1 Ketebalan maksimum dinding

2.4.3.3 Teknik Tip Difraction

Teknik tip difraksi mengikuti dari “last maximum” pada teknik

Amplitudo maksimum. Jika retak yang ekstrim bisa diplot secara akurat,

maka retak bisa diukur.

Ada dua pendekatan dasar yang bisa digunakan untuk mengukur

difraksi di ujung:

1. Menggunakan angle beam tranduser standar untuk menyelesaikan

scan tambahan, khususnya untuk mengukur retak yang telah

dideteksi.

2. Menggunakan teknik time of flight diffraction (TOFD) dimana dua

angka compression wave tranduser bisa digunakan untuk

mendeteksi dan mengukur dalam satu langkah.

2.4.3.3.a Menggunakan Transduser Angle Beam Standarts

Saat beam suara mengenai ujung reflektor, energi yang

direfleksikan kemudian didifraksikan pada ujung untuk membentuk

gelombang berbentuk bola-bola seperti ditunjukkan pada Gambar 2.46.

gelombang berbentuk bola-bola tersebut mungkin bisa mencapai

sebagian besar permukaan komponen. Ini berarti bahwa, energi

difraksi bisa dideteksi pada daerah yang lebih besar daripada beam

utamanya. Energi difraksi yang paling besar sebagai pusat beam

bertemu di ujung. Energi difraksi terbesar tersebut bisa dicapai

besarnya pada 30 dB, lebih kecil dari pada sudut reflektor pada

kedalaman yang sama.

Gambar 2.46.

Beam suara mengenai ujung reflektor

Hal ini berarti bahwa ujung sinar difraksinya lemah dan

mungkin hanya ada 2 atau 3 kali tingkatan noise (dimana perbandingan

sinyal terhadap noise biasanya sekitar 2:1 s/d 3:1). Sinyal 6yang kecil,

menjadi sulit untuk diidentifikasikan pada layar.

Prosedurnya hampir sama dengan Metode Amplitudo

maksimum. Setelah retak dalam komponen bisa diidentifikasi dan

diketahui posisinya, maka transduser diatur sehingga bisa mencapai

sudut refleksi yang kedalamannnya sesuai dengan kedalaman retak.

Sinyal dari sudut reflektor disesuaikan dengan tinggi referensinya

(FSH 30%). Gain kemudian ditingkatkan sampai 30 dB (+30 dB) dan

kemudian transduser digerakkan menuju ke daerah retak. Saat

transduser mengenai retakan, layar kemudian mempelajari sinyal yang

meningkat terhadap level referensinya sebagai penurunan sinyal echo

utama. Setelah sinyal tersebut mencapai tingkat maksimum, koordinat

kemudian dicatat dan posisi ujung dipotong seprti sebelumnya.

Biasanya akan lebih baik jika layar unrectified (RF) untuk

menyelasaikan pengujian menggunakan teknik Tip Difraction. Karena

pada teknik Tip Difraction ini, terdapat fase pembalikan antara sinyal

difraksi yang dihasilkan pada ujung atas dan sinyal difraksi yang

dihasilkan di ujung bawah retak. Jika retaknya kecil, maka bisa

mengidentifikasi ujung atas dan ujung bawah retak pada waktu yang

sama.

2.4.3.3.b Teknik Time of Flight Diffraction (TOFD)

Teknik TOFD, menggunakan ujung difraksi untuk

mengidentifikasikan atas, bawah, dan akhir retak dalam satu langkah.

Teknik TOFD ini lebih suka menggunakan Angled Compression Wave

dari pada gelombang geser, dikarenakan oleh 2 alasan. Satu, karena

ujung sinar difraksinya lebih kuat dari pada sinyal difraksi gelombang

geser, dan kedua, karena gelombang lateral yang dihasilkan gelombang

kompresi kemudian dapat digunakan untuk mengukur jarak horizontal

antar transmiter dan receiver.

Sinyal ujung difraksi yang dihasilkan pada ujung retak

menghasilkan point source. Sesuai dengan hukum Huygens, bahwa

point source menghasilkan beam berbentuk bola-bola. Gambar 2.47

menunjukkan gelombang lateral dan beam difraksi dari ujung reflektor.

Gambar 2.47

Gelombang lateral dan beam difraksi dari ujung reflektor

Gambar. 2.48 menunjukkan transduser TOFD yang secara

khusus diatur pada komponen dengan retakan vertikal. Ada empat path

suara dari transmiter ke receiver. Path “A” adalah path gelombng

lateral yang berjalan hanya melewati permukaan saja. Path “B” adalah

path ujung difraksi dari atas (puncak) retakan. Path “C” adalah path

ujung difraksi dari bawah retakan dan path “D” adalah path dinding

echo balik.

Gambar 2.48. Transduser TOFD yang diatur pada komponen dengan retakan

vertikal

Gambar 2.49 menunjukkan trace unrectified untuk 4 sinyal.

Dari catatan diketahui bahwa hubungan fase A dan C merupakan

kebalikan fase B dan D. perbedaan terpenting yang dicatat adalah

bahwa antara B dan C atas dan bawah sinyal difraksi merupakan phase

kebalikan. Asumsikan bahwa ujung difraksi dipusatkan antara dua

transduser, maka dalamnya ujung di bawah permukaan dapat dihitung

dari:

22

22

HDBPL

Kedalaman

Dimana :

BPL = panjang beam path untuk sinyal yang ditanyakan.

HD = panjang beam path untuk gelombang lateral

Gambar 2.49.

Trace unrectified untuk 4 sinyal

Jarak yang diukur, diambil dari trace ultarasonik harus dibuat

dari bagian yang sama dari tiap bentuk gelombang. Sebagai contoh

adalah trace yang ditunjukkan oleh gambar 2.49. untuk sinyal A dan

C, adalah negatif, dan untuk sinyal B, positif. Keuntungan

menggunakan teknologi komputer adalah menjadi mungkin untuk

menyelesaikan semua perhitungan dan mengeplot secara otomatis serta

disimpan untuk evaluasi lebih lanjut. Cara ini dipilih untuk

menunjukkan data TOFD sebagai informasi khusus “B-scan”.

BAB III

METODE PENGUJIAN

3.1 Bagan Tahapan Pengujian

Gambar 3.1 Bagan Tahapan Pengujian

Merangkai alat UltraScan 5

Persiapan Couplant dan Probe

Hasil Kalibrasi

Kalibrasi

Pengujian Ultrasonik

Hasil Pengujian

Persiapan Material Uji

Laporan

Perencanaan Pengujian

Bahan Coran Timbal

Analisis

3.2 Kalibrasi dengan Ultrascan 5 Ultrasonic

1. Sistem pengkabelan komputer “Ultrascan 5” dirangkai, kemudian cek

sambungan. Setelah semua sambungan telah benar, hubungkan ke power

supply.

2. Tombol On ditekan untuk menghidupkan komputer dan tunggu beberapa

saat hingga muncul menu-menu pada layar komputer.

3. Menu thickness di klik dua kali, hingga muncul gambar dan kolom isian

pada layar komputer. Menu thickness ini mempunyai tujuan untuk

pengukuran ketebalan.

4. Bahan plat standar dan minyak couplant (misal baby oi)l yang akan

digunakan untuk kalibrasi dipersiapkan.

5. Minyak couplant dioleskan pada plat yang akan dikalibrasi, kemudian

transduser diletakkan pada plat dan digeser-geser hingga muncul nilai

kecepatan suara pada kolom kecepatan suara atau “Velocity” yang sesuai

dengan bahan plat yang akan digunakan untuk kalibrasi.

6. Kalibrasi sistem pengukuran material (menu thickness) dengan material

uji. buka Calibration.

7. Pastikan pada layar komputer tertampil spektrum dari bahan yang diuji

(dua buah spektrum atau lebih) dengan cara mengatur gain lihat Gambar

3.2.

Gambar 3.2. Spektrum pada layar

8. Tanda merah sebelah kiri pada layar screen digeser dan diletakkan pada

puncak spektrum 1 lihat Gambar 3.3.

Gambar 3.3. Tanda merah pada spektrum 1

9. Tanda merah sebelah kanan pada layar digeser kemudian diletakkan

pada puncak spektrum 2, seperti ditunjukkan oleh Gambar 3.4.

Gambar 3.4. Tanda merah pada spektrum 2

10. Lihat dan sesuaikan penunjukan DISTANCE pada layar, kemudian

nilainya ketebalan timbal disamakan.

11. Gate 1 dibuat, kemudian diletakkan pada spektrum 1 dengan cara ± 50%

dari ketinggian spektrum 1, seperti ditunjukkan oleh Gambar 3.5.

Gambar 3.5.Gate 1 pada spektrum 1

12. Gate 2 dibuat, kemudian diletakkan pada spektrum 2 dengan cara ± 50%

dari ketinggian spektrum 2 lihat Gambar 3.6.

Gambar 3.6. Gate 2 yang diletakkan pada spektrum 2

13. Hasil akhir dari kalibrasi timbal adalah seperti gambar spektrum

dibawah, seperti ditunjukkan oleh Gambar 3.7.

Gambar 3.7. Hasil akhir kalibrasi

3.3 Pengujian/pemetaan ketebalan dengan Ultrascan 5 Ultrasonic

1. Buka setting menu

Pilih Display dan Gird dan isikan nilai X axsis unit, Y axis unit dan Depth

Yaitu X: 2.00 Y: 2.00 Depth: 1.00

2. Transducer setting

Isikan Transduser ID : 5 MHz

Description : Pb

Material Velocity : otomatis

3. Pilih Scanner settings

Scan speed : 5.0 mm/s

Manual : 5.0 mm/s

4. Lakukan test scan, dengan catatan motor scanner sudah terisi data

mapping untuk arah X, Y dan Resolution

Yaitu:

X : 30 mm

Y : 35 mm

Res : 1mm – 5mm

5. Isikan File Discription

Misal nama file : Uji Pb

6. RECORD dan YES

BAB IV

HASIL PENGUJIAN DAN ANALISIS

4.1 HASIL PENGUJIAN

Hasil pengujian ultrasonik terhadap dua buah timbal berbentuk

silinder pejal dengan ukuran : diameter 15 cm x tinggi 6 cm dan diameter

17 cm x tinggi 6,5 cm, ditunjukkan oleh gambar 4.1.(a) dan (b). Perbedaan

warna yang terlihat pada gambar, menunjukkan adanya perbedaan

ketinggian (ketebalan).

Gambar 4.1.(a)

Hasil pengujian ultrasonik terhadap timbal dengan diameter 15 cm

Gambar .4.1.(b)

Hasil pengujian ultrasonik terhadap timbal dengan diameter 17 cm.

Hasil pengujian dalam bentuk warna tersebut diubah ke dalam

bentuk data teks. Data teks tersebut kemudian ditampilkan dalam bentuk

tabel, seperti ditunjukkan oleh tabel. 4.1.(a) dan (b).Hal ini dilakukan

dengan tujuan ; agar bisa mengetahui letak perbedaan ketebalannya.

Tabel 4.1(a).Tabel data hasil pengujian ultrasonik terhadap timbal dengan

diameter 15 cm dan tinggi 6 cm.

Tabel 4.1(b).Tabel data hasil pengujian ultrasonik terhadap timbal dengan

diameter 17 cm dan tinggi 6,5 cm.

Untuk memudahkan proses analisis terhadap hasil pengujian, data teks

tersebut diubah ke dalam bentuk grafik. Melalui gambar grafik 3 dimensi ini bisa

diketahui bentuk permukaan benda uji, secara abstrak. Gambar 4.2 (a) dan (b),

merupakan gambar grafik yang dibuat berdasarkan data – data pada tabel 4.1. (a)

dan (b).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

Lebar Permukaan Yang Diuji

(mm)

Panjang Permukaan Yang Diuji (mm)

Grafik Hasil Pengujian Ultrasonik

Gambar 4.2 (a) Grafik pengujian ultrasonik terhadap timbal dengan diameter

15 cm dan tinggi 6 cm.

1

3

5

7

9

11

13

15

58

59

60

61

62

63

64

65

66

Lebar permukaan yang diuji (mm)

Panjang permukaan yang diuji (mm)

Gambar 4.2 (b) Grafik pengujian ultrasonik terhadap timbal dengan diameter

17 cm dan tinggi 6,5 cm.

4.2 ANALISIS

Dari data pengujian ultrasonik, dapat dianalisa bahwa benda coran yang

dihasilkan baik, hal ini didasarkan pada kriteria: tidak ada perbedaan nilai

ketinggian yang signifikan, antara data hasil pengujian ultrasonik, dengan data

pengukuran menggunakan jangka sorong, maupun nilai ketinggian yang

diinginkan. Nilai toleransi yang digunakan, bisa dihitung dengan menggunakan

metode analisa – statistik data eksperimen. Hal pertama yang dilakukan untuk

menghitung standar signifikan adalah mencari nilai purata atau pukul rata (mean)

dari seluruh bacaan (data). Jika setiap bacaan (data) ditandai dengan X

i

dan ada n

bacaan, maka purata dirumuskan :

X

m

=

n

i

i

X

n

1

1

Dengan :

X

m

= nilai purata (mean)

Jika sudah diperoleh nilai purata, kita bisa menghitung deviasi standar (standart

deviation) atau deviasi akar purata kuadrat, didefinisikan sebagai :

SD =

n

i

mi

XX

n

1

2

)(

1

Dengan :

SD = Standar Deviasi

n = banyak data

X

i

= nilai setiap bacaan

X

m

= nilai purata (mean)

Bila data dari Tabel.4.1. (a) dan (b) diterapkan pada rumus – rumus di atas, akan

diperoleh nilai – nilai sebagai berikut :

a. untuk data hasil pengujian ultrasonik terhadap timbal dengan diameter

15 cm dan tinggi 6 cm :

purata = Xm = 60,52881 cm

deviasi standar = SD = 0,3285 cm

b. untuk data hasil pengujian ultrasonik terhadap timbal dengan diameter

17 cm dan tinggi 6,5 cm :

purata = Xm = 64,869 cm

deviasi standar = SD = 0,2072 cm

Dengan memperoleh nilai standar deviasi di atas, dapat dianalisa kembali bahwa

data – data pada tabel mempunyai perbedaan ketebalan yang tidak signifikan,

karena perbedaan ketebalan yang terjadi tidak melebihi nilai standar deviasi.

BAB V

KESIMPULAN DAN PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Melalui pengujian ultrasonik metode pulse – echo straight – beam

gelombang longitudinal scan ketebalan, diketahui bahwa di dalam beam

filter tidak terdapat cacat.

2. Dari data hasil pengujian dapat disimpulkan bahwa timbal hasil coran

tersebut layak digunakan sebagai beam filter pada colimator wall reaktor

Kartini ditandai dengan beberapa data teknis sebagai berikut :

a. Timbal pada kolimator I :

Bentuk : Silinder Pejal

Diameter : 15 cm

Berat bersih : 15 kg

Tinggi (tebal) : 6 cm 0,3285 mm

b. Timbal pada kolimator II :

Bentuk : Silinder Pejal

Diameter : 17 cm

Berat bersih : 18 kg

Tinggi (tebal) : 6,5 cm 0,2072 mm

5.2. Saran

Untuk mendapatkan hasil pengujian ultrasonik yang tepat, maka

perlu diperhatikan beberapa hal, yaitu :

1. Menggunakan mesin bubut yang mempunyai tingkat ketelitian tinggi,

untuk pengerjaan finishing pada material uji, sehingga didapatkan

permukaan yang rata.

2. Menggunakan jangka sorong digital untuk mengukur ketinggian material

uji pada saat produksi, sehingga diperoleh nilai ketinggian yang lebih

akurat dari pada jangka sorong biasa. Hal ini diperlukan karena

gelombang suara mempunyai tingkat kepekaan (sensitivitas) yang tinggi.

3. Meletakkan material uji pada tempat yang rata agar tidak mudah tergores.

Hal ini diperlukan mengingat timbal murni mempunyai sifat lunak.

4. Sebelum menscan, oleskan minyak couplant yang cukup pada permukaan

material yang akan diuji, supaya gelombang suara dapat ditransfer dengan

baik dan didapatkan data yang akurat.

5.2 Penutup

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Tuhan Yang Maha Esa

dan kepada semua pihak yang telah membantu terselesaikannya Tugas Akhir

dengan judul “Pengujian Ultrasonik Terhadap Beam Filter Reaktor Kartini”.

Dengan penuh kerendahan hati, penulis berharap hasil pengujian ini dapat

bermanfaat bagi kemajuan Ilmu Pengetahuan dan mampu memperkaya

pengetahuan para pembacanya.Terima Kasih.

Penulis menyadari masih banyak kekurangaan pada Pengujian

ini,untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat

membangun agar dimasa depan dapat menjadi lebih baik.

DAFTAR PUSTAKA

Hellier, C. J., 2000, Handbook of Nondestructive Evaluation, Chapter 7,

Mc. Graw-Hill, New York.

Kutz, M., Mechanical Engineers’ Handbook, Chapter 27, John Willey &Sons,

New York.

NN, 2005, Ultrasonic Inspection and Analisis System Version 5.43,

usUltratek, Inc.

Holman, J.P., 1985, Metode Pengukuran Teknik, edisi keempat, penerbit

Erlangga, Jakarta.

LAMPIRAN

SPESIFIKASI ALAT

Alat : UltraScan 5 Ultrasonik

Komputer : - 800 MHz Pentinum III or Better

- 64 MB RAM

- 20 GB Hard Disk

- Built – in CD-R Drive

- 1024 x 768 Display

- True Color Display

- Connector for external monitor

- Input : 100/220VAC 50/60 Hz

Maximum C-scan : Thickness Mapping : 4, 175, 000

Data Point : Flaw Mapping : 835, 000 up to 20 flaws per data point

Sampling Rate : 100, 50, 25, 12.5, 6.25 MHz

Data Resolution : 8 bits ± 1 LSB

Total Memory : 256K samples

Scanner Resolution : HS212 dan HS 217

X Axis : 0.00268 inch (0.068 mm)

Y Axis : 0.00403 inch (0.1 mm)

HS100

0.00314 inch (0.08 mm)

MT2xx

X Axis : 0.00068 inch (0.017 mm)

Y Axis : 0.004 inch (0.1 mm)

TOFD

Y Axis : 0.004 inch (0.1 mm)

SPESIFIKASI BENDA UJI

Timbal pada kolimator I :

Bentuk : Silinder Pejal

Diameter : 15 cm

Tinggi : 6 cm

Berat bersih : 15 kg

Timbal pada kolimator II :

Bentuk : Silinder Pejal

Diameter : 17 cm

Tinggi : 6,5 cm

Berat bersih : 18 kg

Tabel kecepatan suara pada material

Material Densitas kg/m

3

Kecepatan m/s

Alumunium 2700 6300

Beryllium 1850 12400

Bismuth 9800 2180

Brass 8100 4370

Bronze 8860 3530

Cadmium 8600 2780

Columbium 8580 4950

Copper 8900 4700

Gold 19300 3240

Hafnium 11300 3860

Inconel 8250 5720

Iron, electrolytic 7900 5960

Iron, cast 7200 3500-5600

Lead 11400 2160

Magnesium 1740 5740

Monel 8830 6020

Nickel 8800 5630

Plastic 1180 2670

Platinum 21450 3960

Fused quartz 2200 5930

Silver 10500 3600

Silver nickel 8750 4620

Stainless steel (347) 7910 5790

Stainless steel (410) 7670 5900

Steel 7700 5900

Tin 7300 3320

Titanium 4540 6240

Tungsten 19100 5460

Uranium 18700 3370

Zinc 7100 4170

zicronium 6490 4310

Gambar. Beamport pada Reaktor Kartini

STANDAR PENGUJIAN

ASTM volume 30.30, Oktober 2004 (Nondestructive Testing)

E114-95 Standar Praktis Untuk Pengujian Ultrasonik Pulse-Echo Straight Beam

Metode Kontak Langsung

1. Bidang

1. Material di uji menggunakan metode pulse-echo straight beam gelombang

longitudinal melalui kontak secara langsung antara transduser dengan

material uji.

2. Praktek ini juga bisa digunakan untuk mengembangkan persetujuan

presedur pengujian berdasarkan catatan penggunaan.

3. Nilai diberikan dalam satuan inchi-pound yang telah disahkan sebagai

standar.

4. Standar ini meliputi material-material tertentu, pengoperasian, dan

peralatannya. Standar ini tidak berarti menentukan semua masalah

keselamatan yang berhubungan dengan penggunaannya. Ini merupakan

pertanggungjawaban bagi siapapun yang menggunakan standar ini untuk

referensi dan menetapkan standar keselamatan, kesehatan serta

menentukan pemberitahuan aturan-aturan batasan penggunaan.

2. Dokumen Yang Digunakan

Standar ASTM E 317, digunakan untuk mengevaluasi karakteristik system

pengujian ultrasonic pulse-echo tanpa menggunakan alat ukur elektronik.

3. Arti dan Kegunaan

1. Satu seri pulse listrik ditenpatkan pada elemen piezoelektrik (Transduser)

yang akan mengubah tegangan menjadi energi mekanik dalam bentuk

gelombang dengan frekwensi tertentu. Transduser tersebut diletakkan di

ujung pemegang, sehingga dapat menghantarkan gelombang ke dalam

material, melalui permukaan yang rata dan couplant yang sesuai.

Gabungan dari transduser, pemegang, dan konektor listrik akan

membentuk satu unit pencari.

2. Gelombang ditransmisikan ke dalam material, berjalan secara normal dari

permukaan kontak, dan direfleksikan kembali ke transduser karena adanya

retak atau pembatas interface yang pararel atau hamper pararel terhadap

permukaan kontak. Gelombag kembali ke transduser, dimana gelombang

tersebut dikonversikan menjadi energi listrik dan kemudian diperluas oleh

receiver. Energi listrik yang diperluas biasanya ditunjukkan dalam display

A-scan pada Cathode Ray Tube (CRT), seperti sejumlah energi listrik yang

berjalan dimana resolusi dari system tersebut bisa mengindikasikan

panjang garis horisontal CRT dengan menghubungkan simpangan vertical

terhadap amplitudo sinyal dari tiap intervace, termasuk juga dari antara

retak. Dengan menyesuaikan kontrol sweep (range), display tersebut bisa

diperluas atau dipusatkan untuk membentuk suatu desain hubungan antara

CRT dan reflektor material dari mana sinyal terbentuk. Skala jarak dari

retak dan sinyal pada display terhadap standar referensi, dan lokasinya

bisa ditentukan kira-kira ukuran retak. Retak yang mempunyai ukuran

lebih besar dari beam suara dapat juga diperhitungkan dengan menentukan

banyaknya gerakan transduser di sepanjang permukaan benda uji dimana

sinyal-sinyal retak terjadi.

3. Jeis informasi yang bisa didapat dari pengujian pulse-echo straight-beam

adalah sebagai berikut:

1. Pembuktian ukuran retak dengan membandingkan amplitudo sinyal dari

benda uji terhadap amplitudo yang diperoleh dari standar referensi.

2. Kedalaman lokasi retak, dengan mengkalibrasi skala horisontal pada layar

CRT.

3. Properti-properti material diindikasikan sesuai dengan atenuasi suara atau

perubahan kecepatan dari item pembanding.

4. liasan bond atau unbond antara dua gelombang ultrasonik yang

dihubungkan ke material, jika geometri dan materialnya sesuai.

4. Alat

1. Instrumentasi

Instrumen ultrasonik harus mampu menghasilkan, menerima, dan

memperluas energi listrik pada frekwesi tinggi yaitu pada tingkatan

frekwensi dan energi yang dibutuhkan untuk menunjukkan maksud

pengujian dan menyediakan pembacaan yang sesuai.

2. Transduser

Transduser harus mampu mentransmisikan dan menerima gelomban

ultrasonik dalam material pada frekuensi yang dikehendaki dan tingkatan

energi yang dibutuhkan untuk mendetksi retak. Tipe ukuran transduser

biasanya dari diameter 3.2 mm sampai dengan 28,6 mm yang digunakan

untuk aplikasi tertentu. Transduser bisa dilengkapi dengan sepatu khusus

pada aplikasi tertentu. Transduser special mempunyai 2 bagian yaitu

transmitter dan receiver, senagai bagian dari elemen piezoelektrik yang

bisa digunakan untuk menyediakan beberapa sudut yang bisa

meningkatkan resolusi terdekat dari permukaan benda uji.

3. Couplant

Couplant biasanya cair atau semi cair, digunakan antara permukaan

transduser dan permukaan benda uji untuk meningkatkan kemempuan

menghantarkan gelombang ultrasonik dari transduser ke dalam material

yang diuji. Jenis-jenis couplant yaitu air, jel selulosa, oli, dan minyak.

Penghambat korosi atau pembasah juga bisa digunakan. Kekurangan

couplant dapat menurunkan efektifitas dan ketebalan couplant yang

melebihi batas akan menurunkan jumlah energi yang ditransfer transduser

ke dalam benda uji. Variasi couplant disesuaikan dengan variasi

sensitifitas benda uji.

3.1 Couplant harus dipilih sehingga viskositasnyatersedia untuk

permukaan material yang akan diuji. Pengujian terhadap permukaan

yang kasar biasanya membutuhkan couplant yang viskositasnya

tinggi. Suhu permukaan material dapat mengubah viskositas

couplant.

3.2 Untuk memperbaiki suhu sebagai jaminan keadaan, pada material

kopling yang tahan panas, bisa digunakan oli silicon, jel atau

minyak. Selanjutnya dengan kontak selang seling atau dengan

bantuan pendingin yang mungkin dibutuhkan untuk mencegah

peribahan suhu yang mempengaruhi karakteristik gelombang

ultrasonik dari transduser.

4. Standar Referensi

Benda hasil hasil produksi itu sendiri mempunyai standar yang cukup, bila

diukur menggunakan tinggi sinyal refleksi balik sebagai referensi. Untuk

mendapatkan informasi yang lebih lengkap, reflector buatan atau tabel

yang menunjukkan hubungan jarak amplitudo dari ukuran reflector yang

diketahui untuk sebagian transduser dan material yang mungkin digunakan

untuk kalibrasi. Reflektor buatan tersebut bisa berbentuk lubang kecil di

bawah plat, lubang samping, atau slot. Permukaan akhir referensi standar

harus sama dengan permukaan akhir dari benda hasil produksi. Material

referensi standard an material hasil produksi harus mempunyai akustik

(kecepatan dan atenuasi). Standar referensi yang akan digunakan bisa

dipilih oleh penguji sebagai dasar saat membandingkan sinyal.

5. Peralatan Kalibrasi

5.1 Perlu diketehui bahwa efek jarak dekat dapat menyebabkan tidak

tepetnya sensitifitas waktu mencari untuk ketidaksamaan lebih kecil

dibandingkan diameter efektif balok. Garis batas unit pencari yang

sesuai atau maksud lain seperti pemeriksaan dari kedua sisi benda uji

yamg mungkin dipertimbangkan dimana penggunaan memerlukan

penelitian yang benar. Saat menunjukkan uji coba jarak jauh, ini

dianjurkan bahwa penggantian dibuat untuk menipiskan akustik pada

penggujian bahan dengan berdasarkan pada referensi standar yang pasti.

Penggantian ini mungkin disempernakan dengan multiple dalam

referensi reflektor, secara elektronik, dengan menipiskan penggambaran

kurva pada permukaan CRT, atau dengan chart untuk hubungan jarak-

amplitudo pada reflektor. Untuk penampilan pengujian yang optimal,

penggantian harus dibuat untuk keduanya jarak dekat dan efek jarak

jauh.

5.2 Kecuali kalau diatur lebih khusus, denyut pertama dan akhirnya satu

pantulan balik akan muncul pada layar CRT pada saat menguji untuk

keadaan yang tidak terus-menerus pada material yang memiliki

permukaan pararel. Angka total pantulan balik berdasarkan pada

peralatan, geometri dan jenis bahan, informasi, atau pilihan operator.

Penurunan pantulan balik selama pembacaan sekilas menunjukaan

peningktan penipisan atau menyediakan sejumlah kecil suara yang

terputus bahwa permukaan depan dan belakang kasar dan persamaan

hasil material kurang lebih sama dengan standar.Untuk permukaan tidak

pararel, pencatatat waktu pada layar CRT harus disesuaikan dengan

standar referensi untuk memasukkan ketebalan maksimal yang akan diuji

pada material hasil.

5.3 Untuk pengujian ikatan atau tidak terikat (peleburan atau kekurangan

peleburan) standar referensi harus digunakan serupa dengan material

hasil diuji mengandung wilayah yang mewakili keduanya, kondisi terikat

(dilebur) dan tidak terikat (kekurangan peleburan), jika geometri dan

bahan mengijinkan.

5.4 Pengujian dengan berdasarkan pada standar referensi harus di cek secara

periode untuk memastikan bahwa pengujian dengan sistem ultrasonik

tidak berubah. Paling sedikit, pengujian harus diperiksa pada saat ada

pergantian operator, pada saat unit pencari berubah, pada saat baterai

baru dimasukkan, pada saat peralatan dioperasikan dari satu sumber

tenaga kesumber tenaga lain, atau saat diketahui ada operasi yang tidak

pantas.

6. Tata Cara

6.1 Pada saat pengujian secara ultrasonik ditampilkan unyuk mendeteksi

atau pengeleman yang tidak terus-menerus atau keduanya. Reflektor

tidak tegak lurus terhadap balok ultrasonik mungkin dapat diketahui

pada saat amplitudo berkurang dengan sampul yang berubah berdasarkan

pada daerah reflektor, apakah ini kurva atau planar, apakah halus atau

kasar, mungkin dengan pemantulan pada permukaan. Karakteristik

reflektor bisa menyebabkan perubahan yang cepat dalam kenyataan

sebagai permulaan unit pencari atau bergerak menjauhdari petunjuk

amplitude yang rendah. Efek lain dari reflektor ini adalah kehilangan

pantulan balik yang terjadi pada saat tidak terus-menerus terletak secara

langsung diantara unit pencari dan permukaan belakang. Reflektor dapat

ditemukan pada setiap fenomena yang terlebih dahulu tidak dapat diukur

seperti sinyal amplitudo tapi membutuhkan pemeriksaan khusus untuk

unit pencari karakteristik yang rusak.

6.2 Permukaan pemeriksaan seharusnya diseragamkan dan bebas dari

kehilangan skala dancat, tidak terus-menerus seperti lubang atau

eksploitasi, percikan patri, kotoran, atau benda asing lain yang bisa

mempengaruhi hasil pemeriksaan. Cat yang merekat sangat erat sekali,

skala, atau lapisan yang tidak terlalu dibutuhkan untuk dipindahkan

untuk pemeriksaan jika mereka menampilkan seragam karakteristik

penipisan. Permukaan pemeriksaan harus memadai untuk dilewati

pemeriksaan ultrasonik pada sensitivitas khusus. Jika dibutuhkan,

permukaan mungkin di tanah, pasir, sikat kawat, goresan, atau kecuali

disiapkan untuk tujuan pemeriksaan. Permukaan kurva, salah satu

konkaf atau konfex, mungkin diperiksa, bagaimanapun juga system

pengujian harus mengimbangi untuk perubahan yang efektif pada

wilayah transmisi unit pencari antara referensi standard an barang

produksi. Jika dalan prakteknya, standar referensi harus mempunyai

geometri yang sama sebagai barang yang diperiksa.

6.3 Ukuran unit pencari harus dipilih yang sesuai dan frekuensu setelah

pertimbangan karakteristik akustik material yang diperiksa. Geometri

pada material hasil, ukuran terkecil, dan tipe yang tidak terus-menerus ,

yang tertinggi frekuensi, yang tertinggi untuk memisahkan kemampuan

yang merantai dengan menurunkan dalam tenaga yang tajam, sebaliknya

frekuensi rendah yang digunakan, yang terbesar tenaga yang tajam

dengan menurunkan kemampuan memisahkan, faktor yang membatasi

guna frekuensi tinggi adalah peralatan dan bahan yang dimiliki. Batasan

guna frekuensi rendah adalah kehilangan tingkatan sensitifitas untuk

pemeriksaan.

Gambar. Hasil Kalibrasi

Gambar. Scanner

Gambar. Layar komputer sebagai display penunjukan hasil uji

Gambar. Probe

Gambar. Benda uji dan couplant

Gambar. Pada saat pengujian ultrasonik.

Gambar.Probe saat ditempel di benda uji