BAB II LANDASAN TEORI

7

BAB II

LANDASAN TEORI Penelitian ini dilakukan di salah satu perusahaan perawatan pesawat terbang, di bandara Soekarno – hatta. Bab ini dijelaskan tentang semua teori yang berhubungan dengan tugas akhir dan menjadi landasan teori. Teori tersebut antar lain tentang landing gear system, main landing gear, wheels design, baja paduan, non destructive test, dan ultrasonic testing. LANDING GEAR SYSTEM

2.1

Landing gear system atau sistem pendaratan pada pesawat adalah bagian utama yang mempertemukan pesawat dengan daratan. Landing gear system sendiri terdiri dari beberapa komponen yaitu: 

Strut shock absorber



Extraction/retraction system



Brakes



Wheel



Tyre

Landing gear ini memiliki 3 fungsi utama yaitu; penyerap energi pada waktu pesawat mendarat, pengereman, dan sebagai taxi control. 2.1.1 RANCANGAN DAN DESAIN UMUM Rancangan sistem pengereman ini sangatlah menentukan distribusi beban pada struktur pesawat, stabilitas di atas permukaan tanah dan kontrol. Landing gear

http://digilib.mercubuana.ac.id/z

8


9


10

Brake dapat digerakkan secara manual maupun secara otomatis dan dilengkapi dengan anti skid system yang digunakan untuk memaksimalkan proses pengereman. Pada setiap main landing gear terpasang dua buah roda (main wheel) atau lebih. Main wheel sendiri terdiri dari dua bagian, yaitu inner dan outer halves yang dihubungkan dengan baut pengikat (tie bolts). Setiap roda main landing gear terpasang pada trailing beam yang berputar pada main landing gear strut. Sedangkan shock absorber yang terhubung satu sama lain di ujungnya, menyerap energi dari ground loads dan menyalurkannya dengan membagi beban tersebut pada struktur main landing gear. Beban tersebut disebar ke struktur sayap oleh journal bearing yang terpasang secara koaksial dalam sayap, chordwise direction, dan dengan bracing actuator yang melekat pada main landing gear strut. Setiap main landing gear memiliki dua pintu, outboard, dan inboard. Pintu outboard melekat secara permanen pada strut. Berbeda dengan pintu inboard yang dapat beroperasi karena adanya sambungan mekanik pada strut. Pintu tersebut tersimpan dalam posisi terbangun oleh dua uplock cylinder. Uplock ini akan aktif dengan sendirinya ketika posisi landing gear berada di bawah yang disebabkan oleh tekanan hidrolik atau dengan tekanan nitrogen ketika dalam keadaan darurat. Main landing gear akan terlepas dengan posisi menggantung selama di udara dengan tekanan hidrolik yang ada dalam aktuator dan dengan pintu inboard mechanical uplock jika tekanan turun. Actuator main landing gear juga berfungsi sebagai penguat perangkat pendaratan. Downlock akan terlepas ketika kedudukan landing gear terletak pada posisi UP oleh tekanan hidrolik.


11


12

carbon (C), manganese (Mn), phosphorous (P), sulfur (S), silicon (Si), dan sebagian kecil oksigen (O), nitrogen (N) dan aluminium (Al).

Gambar 2.8

Fe-Fe3C Diagram phase

Selain itu, ada elemen lain yang ditambahkan untuk membedakan karakteristik antara beberapa jenis baja diantaranya: 

Nikel (Ni)



Chromium (Cr)



Molybdenum (Mo)



Boron (B)



Titanium (Ti)



Vanadium (V)



Niobium (Nb)


13

Dengan menggabungkan kandungan karbon dan unsur paduan lainnya, berbagai jenis kualitas baja bisa diperoleh. Fungsi karbon dalam baja adalah sebagai unsur pengeras dengan mencegah dislokasi bergeser pada kisi kristal (crystal lattice) atom besi. Baja karbon ini dikenal sebagai baja hitam karena berwarna hitam, banyak digunakan untuk peralatan pertanian misalnya sabit dan cangkul. Penambahan kandungan karbon pada baja dapat meningkatkan kekerasan (hardness) dan kekuatan tariknya (tensile strength), namun di sisi lain membuatnya menjadi getas (brittle) serta menurunkan keuletannya (ductility). Meskipun baja sebelumnya telah diproduksi oleh pandai besi selama ribuan tahun, penggunaannya menjadi semakin bertambah ketika metode produksi yang lebih efisien ditemukan pada abad ke-17. Dengan penemuan proses Bessemer di pertengahan abad ke-19, baja menjadi material produksi massal yang membuat harga produksinya menjadi lebih murah. Saat ini, baja merupakan salah satu material paling umum di dunia, dengan produksi lebih dari 1,3 miliar ton tiap tahunnya. Baja merupakan komponen utama pada bangunan, infrastruktur, kapal, mobil, mesin, perkakas, dan senjata. Baja modern secara umum diklasifikasikan berdasarkan kualitasnya oleh beberapa lembaga - lembaga standar. Besi dapat ditemukan pada bagian kerak bumi hanya dalam bentuk bijih, biasanya dalam bentuk besi oksida seperti magnetit dan hematit. besi diekstraksi dari bijih besi dengan menghilangkan atom oksigen dan kemudian menggabungkannya kembali dengan atom lain seperti karbon. Proses ini disebut smelting. Ada sejumlah kecil besi yang sudah melalui proses ini pada masa lampau dengan cara memanaskan bijih yang ditanam pada bara api dan kemudian menggabungkan kedua logam dengan menempanya palu. Kandungan karbon yang terkandung juga dapat dikontrol. Temperatur tinggi pada proses smelting dapat dicapai dengan metode kuno yang sudah dipakai sejak zaman tembaga. Karena tingkat oksidasi besi meningkat sangat cepat diatas suhu 800 °C (1,470 °F), maka harus diperhatikan bahwa proses smelting harus dilaksanakan pada lingkungan dengan tingkat oksigen rendah. Proses peleburan akan menghasilkan paduan yang dinamakan baja. Kelebihan karbon dan pengotor lainnya dapat dihilangkan dengan beberapa proses bertahap. Beberapa material juga ditambahkan ke campuran besi / karbon untuk mendapatkan baja dengan karakteristik yang diinginkan. Nikel dan manganese ditambahkan untuk


14

menambah kekuatan, chromium ditambahkan untuk meningkatkan kekerasan dan titik didih, serta penambahan vanadium juga menambah kekerasan serta mengurangi dampak kelelahan logam. Untuk mencegah korosi, ditambahkan chromium paling sedikit 11% sehingga membentuk oksida yang keras pada permukaan baja; baja ini dikenal dengan stainless steel

(baja

anti

Tungsten

karat).

berperan

dalam

campuran

pada

saat

pembentukan cementit, martensit akan terbentuk secara sempurna pada tingkat proses quench

yang

relatif

lebih

lambat.

Di

sisi

lain,

sulfur, nitrogen,

dan phosphorous membuat baja menjadi getas, sehingga elemen ini harus dipisahkan ketika pemrosesan. Densitas baja bervariasi tergantung dari unsur pembentuknya, namun umumnya berada di antara 7,750 and 8,050 kg/m3 (484 and 503 lb/cu ft), atau 7.75 and 8.05 g/cm3 (4.48 and 4.65 oz/cu in). Meski dalam rentang konsentrasi campuran yang rendah besi dan karbon membentuk baja, namun dapat terbentuk berbagai macam struktur metalurgi yang berbeda dengan sifat yang sangat berbeda pula. Memahami sifat-sifat ini sangat penting dalam produksi baja. Pada suhu ruangan, bentuk besi yang paling stabil adalah struktur bodycentered cubic (BCC) yang disebut ferrite atau besi-α. Besi ini merupakan logam lunak yang hanya dapat melarutkan karbon dalam konsentrasi kecil, tidak lebih dari 0.021 % pada 723 °C (1,333 °F), dan hanya 0.005% pada 0 °C (32 °F). Pada 910 °C besi

murni

berubah

menjadi

struktur face-centered

cubic (FCC),

yang

disebut austenite atau besi-γ. Struktur FCC austenite dapat melarutkan karbon lebih banyak, sampai 2.1% (karbonnya 38 kali dari ferrite) pada 1,148 °C (2,098 °F), yang disebut besi tuang (cast iron). 2.3.1

Baja paduan AISI 4340

Baja seri AISI 4340 adalah baja paduan yang unsur paduan dari Nickel (Ni), mencapai 1,65 – 2 %, carbon (C) 0.38 – 0.43 %, manganese (Mn) 0.6 – 0.8 %, silicon (Si) 0.15 – 0.3 %, chromium (Cr) sekitar 0,7 – 0,9 %, molybdenum (Mo) sekitar 0,2 – 0,3 % dan sisanya adalah iron (Fe). AISI 4340 ini dapat dilakukan heat treatment, baja paduan rendah yang mengandung nikel, chromium, dan molybdenum. Hal ini dikenal dengan ketangguhan dan kemampuan untuk menopang kekuatan


15

yang baik tanpa mengurangi ketahanan terhadap fatigue strength nya. Baja paduan seri 4340 ini banyak digunakan untuk menopang struktur, seperti power transmission gears and shaft, aircraft landing gear, dan bagian struktur lain. Untuk data fisiknya adalah sebagai berikut : 

Density

: 0.28 (lb / cu. in.)



Spesific gravity

: 7.8



Spesific Heat

: 0.116 (Btu / lb / ºF)



Melting point

: 2600 (º F)



Thermal conductivity

: 21



Mean coeff thermal expansion : 6.6



Modulus elasticity tension

: 33

4.4 Non Destructive Testing Non destrtructive testing (NDT) adalah aktivitas tes atau inspeksi terhadap suatu benda untuk mengetahui adanya cacat, retak, atau discontinuity lain tanpa merusak benda yang dites atau inspeksi. Pada dasarnya, tes ini dilakukan untuk menjamin bahwa material yang digunakan masih aman dan belum melewati damage tolerance. Material pesawat diusahakan semaksimal mungkin tidak mengalami kegagalan (failure) selama masa penggunaannya. NDT dilakukan paling tidak sebanyak dua kali. Pertama, selama dan diakhir proses fabrikasi, untuk menentukan suatu komponen dapat diterima setelah melalui tahap-tahap fabrikasi. NDT ini dijadikan sebagai bagian dari kendali mutu komponen. Kedua, NDT dilakukan setelah komponen digunakan dalam jangka waktu tertentu. Tujuannya adalah menemukan kegagalan parsial sebelum mencapai bahkan melampaui damage tolerance-nya. Metode NDT yang umum digunakan pada bisnis perawatan pesawat terbang, yaitu; ultrasonic inspection, magnetic particle inspection, penetrant inspection, radiography inspection, eddy current inspection, thermography / infrared inspection, dan visual / boroscope inspection. Pada kesempatan ini, penulis hanya akan menjelaskan tentang ultrasonic inspection.


16

4.4.1 Ultrasonic Inspection

Prinsip yang digunakan adalah prinsip gelombang suara. Gelombang suara yang dirambatkan pada spesimen uji dan sinyal yang ditransmisi atau dipantulkan diamati dan interpretasikan. Gelombang ultrasonik yang digunakan memiliki frekuensi 0.5 – 20 MHz. Gelombang suara akan terpengaruh jika ada void, retak, atau delaminasi pada material. Gelombang ultrasonik ini dibangkitkan oleh tranducer dari bahan piezoelectric yang dapat merubah energi listrik menjadi energi getaran mekanik kemudian menjadi energi listrik kembali.

Gambar 2.6 Ultrasonic Inspection Tidak semua cacat pada suatu komponen dapat diamati secara langsung, karena lokasinya di bawah permukaan. Ultrasonic Testing adalah salah satu teknik NDT untuk mengidentifikasi cacat yang berada di bawah permukaan yang didasarkan pada teori perambatan gelombang ultrasonik. Gelombang ultrasonik adalah gelombang yang memiliki frekuensi di atas 20 kHz. Ultrasonic testing merupakan salah satu teknik inspeksi yang serba guna yang dapat digunakan untuk pengujian logam dan non logam seperti las-an, tempaan (forging), coran (casting), plat, pipa, komposit, plastik, dan keramik.


17

4.4.2 Prinsip Dasar Ultrasonic Dalam Ultrasonic Testing digunakan Ultrasonic Vibration. Vibrasi melewati suatu material yang padat sebagai perpindahan atau pergeseran partikel. Struktur material terdiri dari partikel-pertikel kecil yang banyak atau terdiri dari kelompok-kelompok atom. Partikel-partikel ini mempunyai posisi normal (istirahat) dan dapat dipindahkan dari posisinya oleh suatu gaya. Bilamana gaya dihilangkan, partikel akan cenderung kembali ke posisi semula (normal). Perambatan vibrasi ultrasonik melalui suatu material berhubungan dengan sifatsifat elastis material. Jika suatu material diketuk atau dipukul, permukaan bergerak ke dalam dan menyebabkan perpindahan. Ketika material bersifat elastis, permukaan akan cenderung kembali ke posisi semula. Permukaan juga akan bergerak ke suatu jarak maksimum dan dalam arah berlawanan. Urut-urutan lengkap perpindahan didefinisikan sebagai suatu siklus. Suara akan bergerak dalam metal dan juga dalam udara. Suara adalah vibrasi dan memiliki suatu rentangan frekuensi. Vibrasi di atas kemampuan pendengaran manusia disebut vibrasi ultrasonik. Suara didefinisikan sebagai suatu vibrasi meneruskan energi oleh suatu seri pergeseran material yang kecil. Sinyal dikirim melalui pulser, transduser menghasilkan energi ultrasonik frekuensi tinggi. Ketika ada diskontinyuiti (seperti crack), sebagian energi akan terpantul kembali oleh permukaan cacat. Energi itu diubah menjadi sinyal listrik oleh transduser dan ditampilkan pada layar. Dari sinyal dapat diketahui lokasi cacat dan ukurannya. Dengan kata lain Ultrasonic Testing adalah proses pengaplikasian suara ultrasonik terhadap benda uji dalam menentukan kemulusan, ketebalan atau sifatsifat fisik.


18

4.4.3 Dasar Fisika Ultrasonik 4.4.3.1 Mekanisme Gelombang Ultrasonik merupakan gelombang mekanis dimana partikel-partikel (atom atau molekul) bergetar atau beroskilasi

disekitar posisi

kesetimbangannya.

Gelombang ultrasonik dapat merambat dalam medium elastis seperti padat, cair, atau gas, tetapi tidak dalam ruang hampa. Ketika partikel-partikel suatu bahan elastis berpindah dari posisi kesetimbangan karena adanya gaya luar, tegangan dalam akan bekerja untuk mengembalikan partikel tersebut ke posisi asalnya. Karena adanya gaya antar atom antara partikel-partikel yang berdekatan, perpindahan satu partikel akan menyebabkan perpindahan partikel didekatnya, demikian seterusnya sehingga terjadi perambatan gelombang. Amplitudo, model getaran, dan kecepatan dari gelombang berbeda-beda untuk padat, cair, dan gas dikarenakan perbedaan jarak antara partikel-partikelnya yang menyebabkan gaya tarik antara partikel dan sifat elastis bahan akan berbeda. 4.4.3.2 Model Perambatan Gelombang Vibrasi ultrasonik bergerak dalam banyak model antara lain: 

Longitudinal (compression) Gelombang longitudinal (compression) mempunyai vibrasi partikel dalam suatu gerakan bolak-balik dan searah dengan perambatan gelombang. Semua material terbuat dari atom-atom yang tersusun pada garis lurus membentuk Lattice Structure, bilamana menabrak sisi Lattice, reaksi rantai dari gerakan partikel menghasilkan gelombang longitudinal. Gelombang ini dapat bergerak melewati benda cair dan padat.



Transversal (shear) Gelombang transversal (shear) mempunyai vibrasi partikel tegak lurus terhadap arah gerakan gelombang. Gelombang transversal tidak akan bergerak melewati cairan atau gas. Pada sebagian material, kecepatan


19


20



Plate (Lamb) Gelombang lamb memiliki kemampuan merambat melalui plat tipis dalam variasi model gelombang tergantung kepada ketebalan pelat, frekuensi transduser, dan sudut datang. Gelombang lamb dibangkitkan dengan menggunakan gelombang lal yang menghasilkan baik gelombang simetris atau tidak simetris seperti pada Gambar 4.3.

Gambar 2.9 Model perambatan gelombang plate Gelombang ini paling banyak digunakan pada plat, maka disebut gelombang plat. Namun dapat juga digunakan pada kawat dan tabung. Perambatan dari gelombang ini tergantung pada kerapatan dan elastisitas bahan, dan dipengaruhi oleh frekuensi dan ketebalan bahan. 4.4.3.3 Frekuensi Frekuensi menyatakan banyaknya gelombang yang terjadi dalam satu detik. Satuan dari frekuensi adalah Hertz (Hz) dan Megahertz (MHz). 1 Hertz adalah 1 siklus per detik atau satu gelombang sempurna dalam satu detik. 1 Megahertz adalah 1.000.000 Hz. Suara dengan frekuensi 20.000 Hz atau lebih disebut suara ultra (ultrasound) karena rentang frekuensi tersebut di luar jangkauan pendengaran manusia. Sama halnya dengan cahaya ultra violet yang berbentuk frekuensi tinggi (di luar kemampuan penglihatan manusia). Frekuensi ini sangat menentukan resolusi citra dan kedalaman intensitas. Kecepatan gelombang akan bergantung pada media yang dilaluinya. Jadi kecepatan adalah tetap untuk bahan yang sama, sedangkan frekuensi adalah bergantung pada transducer yang dipergunakan, dimana tiap transducer mempunyai frekuensi yang tertentu.


21

Kepekaan atau kemampuan untuk mendeteksi cacat yang sangat kecil semakin besar dengan semakin besarnya frekuensi yang dipergunakan, akan tetapi atenuasi akan semakin besar pula. Oleh karena itu, dalam pemeriksaan ultrasonik hal-hal tersebut harus dipertimbangkan, terutama dalam pemeriksaan bahan-bahan yang mempunyai homogenitas yang rendah atau ukuran butir yang relatif besar. 4.4.3.4 Cepat Rambat Gelombang Adalah kecepatan gelombang suara ketika berjalan menembus medium. Kecepatannya dipengaruhi oleh sifat dan kerapatan medium yang dilaluinya dan dinyatakan dalam meter per detik (m/detik). Pada medium yang sama cepat rambat gelombang akan sama walaupun frekuensinya berbeda. Nilai ini mudah diidentifikasi pada rentang variable akustik karena ada nilai maksimum. Dengan kecepatan ini, nilai maksimum bergerak melewati medium sehingga disebut juga cepat rambat gelombang. Jadi cepat rambat gelombang tergantung pada medium tetapi tidak bergantung pada frekuensi. Hubungan antara kecepatan (V) dengan frekuensi (f) dan panjang gelombang () diberikan oleh persamaan berikut:

Yang termasuk satuan cepat rambat gelombang adalah meter per detik (m/s) dan millimeter per microsecond (mm/µs). 1 milimeter per microsecond sama dengan 1000 m/s. Jadi jika panjang gelombangnya pendek maka frekuensinya akan meningkat. Cepat rambat gelombang dapat merambat pada medium dengan densitas dan kekenyalan (stiffnes). Densitas atau kerapatan adalah medium yang mempunyai konsentrasi (massa per volume), sedangkan kekenyalan adalah kebalikan darinya. Cepat rambat gelombang meningkat jika kekenyalan juga meningkat atau jika densitas menurun. Sebagai ilustrasi, cepat rambat kuningan lebih rendah dari pada aluminium walaupun rata-rata densitasnya hampir sama. Secara umum, cepat rambat gelombang pada gas rendah, cepat rambat gelombang melewati cairan tinggi, dan cepat rambat gelombang pada jaringan


22

solid lebih tinggi. Maka cepat rambat gelombang tidak ditentukan oleh densitas tetapi dari peningkatan kekenyalan. Sebab kekenyalan medium berbeda dengan densitas. Cepat rambat gelombang menjadi penting sebab digunakan sebagai alat menampilkan pencitraan. 4.4.3.5 Impedansi Akustik Impedansi akustik digunakan untuk menghitung jumlah energi yang dipantulkan maupun yang diteruskan (ditransmisikan) pada batas permukaan (interface) dari dua media. Jika dua media mempunyai impedansi akustik yang hampir sama, maka tidak akan terjadi pantulan, hampir semua energi dua gelombang akan ditransmisikan. Sebaliknya, jika impedansi akustik dari dua media tersebut jauh berbeda, maka hampir semua energi gelombang akan dipantulkan. Impedansi akustik (Z) suatu media berbanding lurus dengan berat jenis () dan kecepatan gelombang (V) melewati media tersebut.

 Untuk sudut datang 0o (tegak lurus permukaan), persentase energi yang dipantulkan (R) dan yang ditransmisikan (T) dapat dihitung dari persamaan berikut: [

] [

]


23

Tabel 2.1 Tabel nilai dari impedansi, velocity, density

4.4.3.6 Pelemahan (Atenuasi) Terdapat tiga faktor yang menyebabkan terjadinya atenuasi energi ultrasonik, yaitu penyerapan (absorption), scattering, dan difraksi (diffraction). a) Penyerapan (absorption): sebagian energi ultrasonik diubah menjadi panas ketika melewati suatu media. b) Scattering: ketidak-homogenan bahan seperti adanya inklusi, porositas, grafit dalam besi tuang, perbedaan jenis kristal atau fasa akan menyebabkan terjadinya scattering. c) Difraksi (Diffraction): pembelokan gelombang pada ujung reflektor (interface), dipengaruhi oleh kekasaran, ukuran, dan bentuk interface.


24

4.4.3.7 Mode of Conversion Ketika gelombang ultrasonik datang pada suatu interface dengan sudut datang 0o (tegak lurus permukaan), maka gelombang tersebut akan dipantulkan atau diteruskan tanpa terjadi perubahan arah. Akan tetapi jika sudut datang gelombang bukanlah 0o, maka akan terjadi perubahan bentuk gelombang (mode of conversion) di mana akan dihasilkan gelombang pantul dan gelombang bias yang dapat berupa gelombang longitudinal, transversal maupun permukaan. Pembiasan yang ditunjukkan pada gambar 2.10 terjadi karena kecepatan yang berbeda dari gelombang akustik di dalam dua bahan. Kecepatan gelombang suara masing-masing material ditentukan oleh properti bahan (modulus elastisitas dan densitas).

Gambar 2.10 Pembiasan gelombang suara Hukum Snellius menjelaskan hubungan antara sudut dan kecepatan dari gelombang. Hukum Snellius menyamakan perbandingan kecepatan V1 dan V2 dengan perbandingan sudut datang (θ1) dan sudut pantul (θ3) dapat dilihat pada Gambar 2.11. Hubungan antara sudut dan gelombang datang, pantul, dan bias dapat dirumuskan berdasarkan hukum Snellius, yaitu:


25


26


27


28

kristal di dalam material. Barisan dari molekul ini akan menyebabkan bahan untuk mengubah bentuk. Fenomena ini dikenal sebagai electrostriction. Selain itu, permanent-polarized seperti bahan kuarsa (SiO2) atau barium titanate (BaTiO3) akan menghasilkan medan listrik saat perubahan bentuk bahan sebagai akibat dari kekuatan mekanis yang dikenakan. Fenomena ini dikenal sebagai efek piezoelectric yang ditunjukkan pada Gambar 2.15.

Gambar 2.15 Piezoelectric Effect

4.4.4.3 Penyebaran sinar transducer Sepanjang (round) transduser sering disebut sebagai sumber piston transduser karena medan suara menyerupai silinder pengumpul di depan transduser. Namun, energi di sinar tidak tetap dalam silinder, namun menyebar keluar melalui materi. Fenomena ini biasanya disebut sebagai penyebaran sinar (beam spread) namun kadang-kadang juga disebut sebagai perbedaan/penyebaran berkas (divergence beam) atau difraksi ultrasonic. Beam spread adalah ukuran dari keseluruhan sudut dari sisi ke sisi dari cuping utama sound beam pada medan jauh. Beam divergence adalah ukuran dari sudut dari satu sisi sound beam ke pusat poros dari sinar di pada medan jauh. Oleh karena itu, beam spread dua kali divergence beam, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.16.


29

Gambar 2.16 Beam Spread dan Beam Divergence Beam spread sangat ditentukan oleh diameter dan frekuensi dari transduser. Beam spread lebih besar bila menggunakan transduser frekuensi rendah dibandingkan dengan menggunakan frekuensi tinggi. Semakin besar diameter transduser, beam spread akan berkurang. Sesuai dengan persamaan berikut: Beam Spread Angle:

( )

di mana:  = Panjang gelombang (m) D = Diameter transduser (m) Φ = Beam Spread Angle (Degree) 4.4.5 Proses Pemeriksaan Terdapat beberapa metode untuk membangkitkan gelombang ultrasonik, tetapi yang paling banyak dipakai dalam bidang NDT adalah metode yang berdasarkan pada prinsip PIEZOELECTRIC EFFECT, yaitu jika suatu jenis kristal dibebani (tarik atau tekan), maka akan dihasilkan muatan listrik pada permukaan kristal tersebut akan terjadi deformasi/vibration, merenggang atau menyempit bergantung pada jenis muatan yang diberikan. Piezoelectric effect dapat dihasilkan oleh kristalkristal berikut: quartz, barium titanat, turmalin, lithium sulfat, plumbum metaniobat, dan plumbum zirkonat titanat. Terdapat beberapa jenis transducer (piezoelectric) yang biasa digunakan dalam pemeriksaan ultrasonik yaitu,


30


31


32


33

Pada prinsipnya terdapat 3 macam metode pemeriksaan dengan ultrasonik, yaitu: A. Metode Transmisi (transmission method) B. Metode Pulsa-Gema (pulse-echo method) C. Metode Resonansi (resonance method) A. Metode Transmisi Metode transmisi didasarkan pada pengukuran perubahan intensitas gelombang bunyi yang ditransmisikan melewati benda uji. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan dua buah transducer, satu transducer berfungsi sebagai pemancar (transmitter) dan satu transducer sebagai penerima (receiver) pengurangan intensitas gelombang setelah melewati benda uji dikarenakan sebagain gelombang dibelokkan, dipantulkan, dan sebagaian lagi diteruskan yang kemudian diterima oleh receiver. Dan mempunyai kelebihan untuk memeriksa benda uji dengan jarak yang jauh dengan area yang sempit. Kekurangan dari metode ini adalah: 

Kepekaan rendah,



Letak dan bentuk cacat tidak dapat diketahui, hanya mengetahui ada tidaknya cacat di dalam benda uji,



Transmitter dan receiver harus saling berhadapan,



Permukaan benda uji di mana transmitter dan receiver ditempatkan harus sejajar/paralel.

B. Metode Pulsa-Gema (pulse-echo method) Pada metode pulsa-gema, pulsa gelombang ultrasonik dipancarkan oleh transducer ke dalam benda uji yang diperiksa. Jika pulsa tersebut mengenai cacat atau permukaan lain, maka pulsa gelombang akan dipantulkan kembali ke transducer yang selanjutnya di monitor/dianalisa besarnya energi pulsa dan waktu tempuh pulsa yang diterima. Pulsa gelombang (pulsa mekanis) yang kembali ke transducer diubah menjadi pulsa listrik yang ditunjukkan sebagai titik tetapi karena kecepatannya sangat tinggi maka pada layar akan terlihat sebagai garis. Untuk menunjukkan pulsa gelombang yang dipantulkan oleh cacat atau


34

permukaan yang lain, pulsa listrik dibelokkan ke arah vertikal dan dibelokkan kembali ke bawah, ke garis dasar layar. Titik yang dibelokkan tersebut dinamakan “ECHO”. Ketika pulsa listrik dikirimkan ke kristal untuk membangkitkan pulsa gelombang, terdapat pulsa listrik yang dipantulkan kembali, sehingga di layar akan terlihat adanya transmitter echo. Jadi, jika terjadi suatu pemeriksaan benda uji terdapat cacat, maka di layar akan terdapat 3 macam echo yaitu; 

Transmitter echo : akibat pemancaran pulsa listrik



Defect echo : dari cacat



Back echo : dari dinding atau sisi belakang

Kelebihan dari pulsa-gema adalah: 

Untuk pemeriksaan hanya diperlukan satu permulaan,



Lokasi, bentuk, dan ukuran cacat dapat ditentukan,

Selain kelebihan di atas, metode ini mempunyai kekurangan yaitu kemampuan resolusi yang kecil, hanya dapat memeriksa benda uji dengan ketebalan lebih besar dari 5 m, kecuali dengan T-R (transmitter – receiver) transducer yang mampu memeriksa benda uji dengan tebal 1 mm. C. Metode Resonansi Resonansi adalah berkaitan dengan sifat fisik yang dimiliki oleh benda uji karena dimensinya. Sifat tersebut menyebabkan benda uji bergetar pada frekuensi-diri ketika di dekati suatu benda yang bergetar pada frekuensi tersebut. Pada metode ultrasonik, resonansi terjadi ketika panjang lintasan gelombang merupakan kelipatan setengah panjang gelombang.


35

Jadi resonansi akan terjadi jika: 

atau

di mana: d = panjang lintasan gelombang

(m)

n = bilangan bulat

 = panjang gelombang

(m)

V = cepat rambat gelombang bunyi

(m/s)

f = frekuensi

(Hz)

Resonansi dipengaruhi oleh bahan, bentuk, dan dimensi benda uji. Metode ini biasanya hanya digunakan untuk pengukuran ketebalan benda uji. 4.4.7 Couplant Steel, air, dan minyak akan meneruskan ultrasonik sangat baik sekali, tetapi kehadiran udara akan menimbulkan masalah. Udara adalah media penerus ultrasonik yang jelek karena kerapatan partikel yang cukup rendah yang akan menyulitkan meneruskan energi suara dari partikel ke partikel. Kerapatan partikel material membantu dalam menentukan cepat rambat suara. Karena alasan itu diantara transduser dan benda uji diberi couplant. Tujuan utama dari couplant adalah untuk memberikan lintasan suara yang tepat diantara transduser dan permukaan benda uji. Couplant biasanya cair atau kental. Macam-macam couplant antara lain: 1. Air 2. Minyak 3. Gemuk


36

4. Gliserin 5. Air selulosa (air + tepung kanji) 4.4.8 Kalibrasi Setiap instrumen ukur harus dianggap tidak cukup baik sampai terbukti melalui kalibrasi dan atau pengujian bahwa instrumen ukur tersebut memang baik. Kalibrasi dilakukan setiap kali sebelum dilakukan pemeriksaan. Tujuan kalibrasi adalah untuk: 

Menetukan karakteristik operasi peralatan dan transducer,



Memberikan kondisi pengujian yang dapat diulangi kembali,



Membandingkan tinggi dan lokasi echo dari cacat di dalam benda uji dengan echo cacat buatan di dalam tes blok (reference standard),



Menentukan exit point dari transduser.

Sesuai dengan penggunaannya, terdapat beberapa macam tes blok: 

Blok kalibrasi IIW (K1 atau V1)



Blok DIN 54122 (K2 atau V2)



Blok IOW



Blok acuan ASME



Blok area-amplitude



Blok distance-amplitude


37


38



C-Scan

C-Scan adalah tampilan tampak atas sama dengan gambar Sinar-X atau Sinar γ (gamma). C-Scan memperlihatkan bentuk dan lokasi diskontinuitas, tetapi tidak memperlihatkan kedalamannya. Pada umumnya ultrasonic scanning yang sangat tinggi menggunakan tampilan C-Scan. Kelebihan C-Scan adalah kecepatan dan kemampuan untuk menghasilkan permanent record, namun ada kekurangannya yaitu hanya memperlihatkan panjang dan lebar, tetapi tidak kedalamannya.


BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents