DASAR TEORI ULTRASONIC TEST

(materi kuliah UTR )

Tegas Sutondo

Tujuan

• Memberikan dasar teori teknik inspeksimenggunakan 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 longitudinal

Gelombang Suara

Arah rambatanArah osilasi

Panjang gelombang

Gelombang transversal

Gelombang Suara

Arah osilasi Arah rambatan

Spektrum Gelombang Suara

Range Frekuensi (Hz) Keterangan Contoh

0 - 20 Infrasound Gempa Bumi

20 - 20.000 Audible sound Musik, dsb

> 20.000 Ultrasound Kelelawar, Crystal Quartz

gas cair padat

• Densitas rendah• Gaya ikatnya

lemah

• Densitas sedang• Gaya ikatnya

agak kuat

• Densitas tinggi • Gaya ikat kuat• Struktur kristalografi

Struktur Atom & Pengaruhnya Pada Kecepatan Perambatan Gelombang Suara

Perambatan Gelombang Suara

Udara

AirBaja, LongBaja, Trans

330 m/s

1480 m/s

3250 m/s

5920 m/s

• 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 : λ=λ

= fT

C

Bagaiana Prinsip Pembangkitan Gelombang Ultrasonik ??

Pembangkitan Gelombang UltrasonikPada Probe Berdasarkan Sifat Piezoelectric Effect

Kristal (Quartz) piezoelectricBattery

+

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

Bila perubahan polaritas tegangan dilakukan secara cepat menggunakan sumber tegangan bolak-balik (alternating voltage)

maka akan dihasilkan getaran kristal dengan frequensi f

Gelombang suara dengan

frequensi f

Piezoelectric Effect

U(f)

Bila sumber tegangan berupa pulsa tegangan singkat (short voltage pulse) maka akan dibangkitkan getaran dengan frequensi resonansi kristal f0

Pulsa singkat( < 1 µs )

Piezoelectric Effect

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

Medium 1 Medium 2

Interface

Incoming wave Transmitted wave

Reflected wave

Sifat Gelombang Pada Interface 2 Medium

Jenis Probe Ultrasonik (search Unit) & Aplikasinya

socket

matching-element

damping-block

crystalprotecting face(probe delay)

housing

workpiece Sound pulse

Straight beam probe

Jenis & Struktur komponen Probe

Prinsip Pendeteksian Cacat (Flaw) Stright beam probe

d = c t/2

Kedalaman flaw

Sinyal pantulan pada permukaan flaw tidak terdeteksimenggunakan stright beam probe karena bentuknya

crystalperspex wedge(probe delay)

damping blocks

socket

housing

workpiece Sound pulse

Angle beam probe

Prinsip Pendeteksian Cacat (Flaw)

10 20 30 40

Angle beam probe

receiversocket

transmittersocket

damping blocks

crystal

delay

acousticalbarrier

TR-probe / dual crystal probe

Krautkramer NDT Ultrasonic Systems

Remaining wall thickness measurement

Corrosion

USM 22

Dual element probe

Pipe

Sistem Peralatan UT

Sistem Display Sinyal Ultrasonik(Pulse – Reflection)

Ultrasonic Instrument

0 2 4 8 106

CRT / A-scan display

Sistem Penampil Sinyal Ultrasonic

0 2 4 8 106

+-Uh

Sistem Penampil Sinyal Ultrasonic

0 2 4 8 106

+ -Uh

Sistem Penampil Sinyal Ultrasonic

Block diagram: Ultrasonic Instrument

amplifier

work piece

probe

horizontal sweep

clock

pulser

IPBE

screen

PRINSIP PENGUKURAN WAKTU TEMPUH GELOMBANG

Dengan terukurnya waktu tempuh

gelombang, maka Jarak / tebal

reflektor segera dapat ditentukan

dengan rumus:

d = S/2 = c t / 2s = sound path [mm]

c = sound velocity [km/s]

t = time of flight [m s)

Pulsa awal = start Gelombangmencapai pada dinding belakang pada skala 4

Pulsa kembali pada skala 8

PRINSIP PENGUKURAN WAKTU TEMPUH GELOMBANG

Identifikasi Flaw / Defect

Medan Suara (sound field)

Medan jauh

γ = sudut divergensi

N = panjang medan dekat Medan dekat

Sumbu akustik (berkas pusat)

0 2 4 6 8 10

IP BER

0 2 4 6 8 10

IP BER

0 2 4 6 8 10

IP BER

Jarak / Kedalaman Flaw & Besarnya Amplitudo Sinyal Pantulan

Plate testing

delaminationplate 0 2 4 6 8 10

IP

F

BE

IP = Initial pulseF = FlawBE = Backwall echo

crack

Flaw tidak terdeteksi menggunakan stright beam probe karena lokasinya

Teknik Tandem Untuk Bentuk Flaw Vertikal

10 155 10 155T R

a1

Dekat PermukaanDekat Permukaan

Teknik Tandem Untuk Bentuk Flaw Vertikal

10 155 10 155T R

a2

Di bagian Di bagian tengahtengah

Teknik Tandem Untuk Bentuk Flaw Vertikal

10 155 10 155T R

a3

Di bawahDi bawah

IDENTIFIKASI LUASAN CACAT

P o s is i 5 0 %

D a e ra h ca ca tP o s is i p ro b e d e ng a n ting g ip ulsa b e rk ura ng 5 0 %

surface = sound entry

backwall

0 2 4 6 8 10

IEIP

BE

1

1 2

flaw

water delay

0 2 4 6 8 10

IEIP

BEF

2

Immersion testing

Prosedur Testing

Persiapan TestingSebelum 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: Couplant termasuk : Air, minyak, oli, cellulose gel, dsb.

→ permukaan yg kasar memerlukan viskositas tinggi.Couplant yg digunakan untuk kalibrasi hrs = yg di inspeksiPemberian couplant hrs memenuhi seluruh area bidang kontak.

Sekian dulu ..

Selamat belajar..Semoga Sukses !!