DASAR TEORI ULTRASONIC TEST (materi kuliah UTR )
Tegas Sutondo
Tujuan • Memberikan dasar teori teknik inspeksi menggunakan peralatan UT – Problem Testing menggunakan UT – Karakteristik gelombang suara – Pembangkitan gelombang ultrasonik – Probe ultrasonik – Sistem peralatan / instrument ultrasonik – Identifikasi Flaw / defect – Prosedur Testing
Problem Testing Menggunakan UT • Test Ketebalan (Thickness) – Dinding Tangki – Pipa & Tube
Problem Testing Menggunakan UT • Identifikasi Cacat / Flaw – Komponen, Tangki – Pipa & Tube
Problem Testing Menggunakan UT • Kualitas sambungan Las – Komponen, kerangka – Pipa & Tube
d
Gelombang Suara Gelombang longitudinal Arah osilasi
Arah rambatan
Panjang gelombang
Gelombang Suara Gelombang transversal Arah osilasi
Arah rambatan
Spektrum Gelombang Suara Range Frekuensi (Hz)
0 - 20
Keterangan
Infrasound
20 - 20.000
Audible sound
> 20.000
Ultrasound
Contoh
Gempa Bumi
Musik, dsb Kelelawar, Crystal Quartz
Struktur Atom & Pengaruhnya Pada Kecepatan Perambatan Gelombang Suara gas
• Densitas rendah • Gaya ikatnya lemah
cair
padat
• Densitas sedang • Densitas tinggi • Gaya ikatnya • Gaya ikat kuat agak kuat • Struktur kristalografi
Perambatan Gelombang Suara • Gelombang longitudinal dapat merambat pada semua jenis materials. • Gelombang transversal hanya dapat merambat pada benda padat • Gelombang transversal bergerak dengan kecepatan yang lebih lambat. • Kecepatan gelombang tergantung dari densitas and E-modulus dari material • Kecepatan gelombang :
Udara Air Baja, Long Baja, Trans
C =
λ = fλ T
330 m/s 1480 m/s 5920 m/s 3250 m/s
Bagaiana Prinsip Pembangkitan Gelombang Ultrasonik ??
Pembangkitan Gelombang Ultrasonik Pada Probe Berdasarkan Sifat Piezoelectric Effect
+ Kristal (Quartz) piezoelectric Battery
Piezoelectric Effect
+
Setelah terhubung dengan battery, kristal menjadi lebih tebal, akibat terjadinya distorsi pada kisi kristal
Piezoelectric Effect
+ Bila polaritasnya berubah, maka efeknya terbalik, menjadi lebih tipis
Piezoelectric Effect Gelombang suara dengan frequensi f
U(f)
Bila perubahan polaritas tegangan dilakukan secara cepat menggunakan sumber tegangan bolak-balik (alternating voltage) maka akan dihasilkan getaran kristal dengan frequensi
f
Piezoelectric Effect
Pulsa singkat ( < 1 µs )
Bila sumber tegangan berupa pulsa tegangan singkat (short voltage pulse) maka akan dibangkitkan getaran dengan frequensi resonansi kristal f0
Penerimaan Gelombang ultrasonic Sebaliknya, jika gelombang ultrasonic mengenai kristal piezoelectric, maka akan menyebabkan vibrasi pada kristal yang kemudian akan menghasilkan tegangan listrik pada permukaan kristal.
Energi listrik
Kristal Piezoelectric
Gelombang Ultrasonic
Sifat Gelombang Pada Interface 2 Medium Medium 1
Medium 2
Incoming wave
Transmitted wave
Reflected wave Interface
Jenis Probe Ultrasonik (search Unit) & Aplikasinya
Jenis & Struktur komponen Probe Straight beam probe housing socket
dampingblock
matchingelement
crystal
protecting face (probe delay)
workpiece
Sound pulse
Prinsip Pendeteksian Cacat (Flaw) Stright beam probe Kedalaman flaw
d = c t/2
Sinyal pantulan pada permukaan flaw tidak terdeteksi menggunakan stright beam probe karena bentuknya
Angle beam probe damping blocks housing socket perspex wedge (probe delay)
workpiece
crystal
Sound pulse
Prinsip Pendeteksian Cacat (Flaw) Angle beam probe 10
20
30
40
TR-probe / dual crystal probe transmitter socket acoustical barrier
receiver socket damping blocks
crystal delay
Remaining wall thickness measurementUSM 22 Dual element probe
Pipe
Corrosion
Krautkramer NDT Ultrasonic Systems
Sistem Peralatan UT Sistem Display Sinyal Ultrasonik (Pulse – Reflection)
Ultrasonic Instrument Sistem Penampil Sinyal Ultrasonic CRT / A-scan display
0
2
4
6
8
10
Sistem Penampil Sinyal Ultrasonic
-
+ Uh
0
2
4
6
8
10
Sistem Penampil Sinyal Ultrasonic
+
Uh
0
2
4
6
8
10
Block diagram: Ultrasonic Instrument amplifier
IP
screen BE
horizontal sweep clock pulser
probe work piece
PRINSIP PENGUKURAN WAKTU TEMPUH GELOMBANG Dengan terukurnya waktu tempuh gelombang, maka Jarak / tebal reflektor segera dapat ditentukan dengan rumus:
d = S/2 = c t / 2 s = sound path [mm] c = sound velocity [km/s] t = time of flight [m s)
PRINSIP PENGUKURAN WAKTU TEMPUH GELOMBANG
Pulsa awal = start
Gelombangmencapai pada dinding belakang pada skala 4
Pulsa kembali pada skala 8
Identifikasi Flaw / Defect
Medan Suara (sound field)
N = panjang medan dekat
Medan dekat
Medan jauh Sumbu akustik (berkas pusat)
γ = sudut divergensi
Jarak / Kedalaman Flaw & Besarnya Amplitudo Sinyal Pantulan
IP R
BE
0 2 4 6 8 10
IP
R
BE
0 2 4 6 8 10
IP
R BE
0 2 4 6 8 10
Plate testing
IP BE
F
plate
delamination
0
2
4
6
8
IP = Initial pulse F = Flaw BE = Backwall echo
10
Flaw tidak terdeteksi menggunakan stright beam probe karena lokasinya
crack
Teknik Tandem Untuk Bentuk Flaw Vertikal
T
a1 5 10 15
Dekat Permukaan
5 10 15
R
Teknik Tandem Untuk Bentuk Flaw Vertikal
T
a2 5 10 15
Di bagian tengah
5 10 15
R
Teknik Tandem Untuk Bentuk Flaw Vertikal
a3 T
Di bawah
5 10 15
5 10 15
R
IDENTIFIKASI LUASAN CACAT
P o s is i p ro b e d e ng a n ting g i p uls a b e rk ura ng 5 0 %
P o s is i 5 0 %
D a e ra h c a c a t
Immersion testing 1
2
surface = sound entry
water delay
backwall
flaw
IP
1
IE
IP
2
IE
BE
BE F
0
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
10
Prosedur Testing
Persiapan Testing Sebelum melakukan testing perlu diperhatikan hal sbb. •
Permukaan benda uji harus rata (uniform), bebas dari: – Kotoran, Cekungan, las-lasan, dsb. Kalau perlu dilakukan penghalusan menggunakan sikat kawat, gerinda, dsb. – Kerak, cat atau coating yang melekat dengan kuat dan rata tidak perlu dihilangkan (karakteristik akustiknya sama)
•
Gunakan probe yang sesuai (ukuran diameter & frequensinya) dengan mempertimbangkan: – Karakteristik akustik dari bahan yang di test – Geometri dari bahan yang di test – Ukuran minimum dan jenis reflektor yang akan dideteksi
Persiapan Testing • Gunakan standard calibration block yang sesuai : • Menggunakan bahan yang sama dengan test object • Minimum 2 ketebalan yang berbeda & mencakup tebal normal dari test objek
Stright beam probe
Angel beam probe
Persiapan Testing 6.1.3
Gunakan Couplant yang sesuai:
¾ Couplant termasuk : Air, minyak, oli, cellulose gel, dsb. → permukaan yg kasar memerlukan viskositas tinggi. ¾ Couplant yg digunakan untuk kalibrasi hrs = yg di inspeksi ¾ Pemberian couplant hrs memenuhi seluruh area bidang kontak.
Sekian dulu .. Selamat belajar.. Semoga Sukses !!
