YOU ARE DOWNLOADING DOCUMENT

Please tick the box to continue:

Transcript
Page 1: eddy current test

BAB VI

NDT DENGAN METODE EDDY CURRENT

6.1 PENDAHULUAN

Pengujian tanpa merusak (NDT) dengan mengunakan teknik arus eddy telah mencapai hasil kerja yag lebih berkembang dan dapat dipercaya untuk menemukan diskontinuitas material yang bersifat konduktif.

Teknik Eddy Current dapat dipakai untuk berbagai bentuk geometric antara lain kawat, pipa, batang, silinder, lembaran logam, dan bebtuk-bentuk lainnya dari hasilpembentukan / permodelan seperti casting atau wrought stages yang digunakan untuk :

a. Memantau teknik produksi

b. Mengetahui letak cacat sebelu dilakukan pengerjaan material selanjutnya.

c. menguji kualitas akhir produk.

Teknik Eddy Current mampu mendeteksi diskontinuitas baik di permukaan maupun dekat permukaan (sub surface) yang dikaitkan dengan beberapa masalah produksi dan pengerjaan. Untuk NDT pesawat udara, teknik Eddy Current terutama digunakan untuk:

1. mendeteksi retak pada permukaan.

2. mendeteksi retak pada sub-surface.

3. mendeteksi cacat korosi.

4. memperkirakan kerusakan oleh api.

Selain keempat kegunaan Eddy Current diatas, juga digunakan untu mengukur tebal lapisan cat dan menguji konduktivitas pada aluminium.

Pengujian dengan menggunakan teknik Eddy Current pada dasarnya memanfaatkan daya listrik dengan bantuan probe (yaitu salah satu bagian dari alat Eddy Current yang bersentuhan langsung dengan benda uji). Eddy Current merupakan arus bolak-balik yang diinduksi kedalam bahan induktif oleh medan magnetic bolak-balik. Beberapa modifikasi arus induksi didalam material dapat dianalisa secara elektrik dan menunjukkan penyebab kemungkinan modifikasi tersebut. Perubahan aliran Eddy Current dihasilkan oleh adanya :

1. retak, lubang, rongga, porositas, inklusi, atau kerutan.

Page 2: eddy current test

2. perubahan bentuk atau dimensi.

3. perubahan jarak antara probe dengan benda uji.

4. variasi komposisi dari benda uji.

5. perlakuan panas. Pengerjaan mekanik.

6. perubahan permeabilitas magnetic.

7. keadaan probe, seperti posisi ujung probe menempel pada permukaan benda uji.

6.2 TEORI DASAR

Eddy Current adalah nduksi arus listrik bolak-balik didalam material konduktif oleh medan magnetic bolak-balik (yang dihasilkan oleh arus listrik bolak-balik tersebut). Arus induksi didalam material yang termodifikasiakan menimbulkan perubahan nilai arus induksi yang melalui material tersebut. Peruahan arus induksi dapat dapat dianalisis dan dapat menunjukkan kemungkinan modifikasi dari material.

Pada saat arus melalui potongan sebuah kawat, medan listrik akan muncul disekitar kawat tersebut (gambar 6.1). kekuatan dari medan magnet tersebut bregantung pada besarnya arus yang dialirkan pada kawat. Jika kawat membentuk kumparan, maka medan magnetic disekitar kumparan akan terlihat seperti yang ditunjukkan pada gambar 6.2. Apabila arah arus berubah, maka yang mengalami perubahan dari medan magnetic adalah polaritasnya.

Gambar 6.1 : Medan magnetic disekitar kawat konduktor.

Page 3: eddy current test

Gambar 6.2 : Medan listrik di sekitar kumparan kawat

Prinsip Eddy Current didasarkan pada hokum Faraday yang menyatakan bahwa pada saat sebuah konduktor dipotong garis-garis gaya dari medan magnetic atau dengan kata lain, gaya elektromotif (EMF) akan terinduksi kedalam konduktor. Besarnya EMF bergantung pada :

1. ukuran, kekuatan, dan keraoatan medan magnet.

2. kecepatan pada saat garis-garis gaya magnet dipotong.

3. kualitas konduktor.

Medan magnetic bolak-balik pada kumparan probe merupakan perpindahan medan magnetic yang menghasilkan EMF pada konduktor. Medan magnetic ini berbentuk lingkaran sehingga arus yang dihasilkan sebagai Eddy Current juga berbentuk lingkaran. Kata ‘Eddy’ menggambarkan bentuk lingkaran dari arus induksi pada konduktor. Ukuran dari medan magnetic ditentukan oleh ukuran dari kumparan probe, ferrite, dan pelindung kumparan. Sedangkan kekuatan dari medan magnetic menyatakan jumlah lilitan dan arus dalam kumparan probe. Proksimasi menyatakan jarak angkat terhadap benda uji (lift-off), fill factor dan geometri dari desain kumparan probe. Kecepatan pada saat garis-garis gaya adalah fungsi frekuensi, dan kualitas konduktor dinyatakan sebagai konduktivitas, dan permeabilitas benda uji. Aliran Eddy Current dalam bentuk jejak-jejak lingkaran dan medan magnetic ditunjukkan oleh gambar 6.3.

Page 4: eddy current test

Gambar 6.3 : Eddy current terinduksi dalam material konduktor

Karena Eddy Current adalah perjalanan arus listrik didalam konduktor, maka akan menghasilkan medan magnetic juga. Hukum Lenz menyatakan bahwa medan magnetic dari arus terinduksi memiliki arah yang berlawanan dengan penyebab arus terinduksi. Medan magnetic Eddy Current berlawanan arah terhadap hasil medan magnetic kumparan. Ditunjukkan oleh gambar 6.4

Gambar 6.4 : Arah medan magnet Eddy Current berlawanan dengan arah medan magnet kumparan.

6.3 KETERBATASAN METODE

Penggunaan metode Eddy Current dalam NDT terbatas pada bahan/benda uji yang konduktif.

6.4 TENIK DALAM PENGUJIAN

6.4.1 Teknik Pengujian dengan Frekuensi Tinggi

Page 5: eddy current test

Frekuensi yang digunakan pada 50 kHz atau bila perlu lebih besar. Karena kedalaman penetrasinya rendah (pada umumnya kurang dari 0,25 mm) dan metode memiliki sensitivitas yang tinggi digunakan untuk mendeteksi cacat yang terbuka pada permukaan yang mudah dijangkau seperti pelat, castings, atau forgings.

6.4.2 Teknik Pengujian dengan Frekuensi Rendah

Frekuensi yang digunakan berkisar antara 50-100 kHz. Ketika frekuensi diturunkan, maka kedalaman penetrasi akan meningkat, tetapi sensitivitasnya akan berkurang. Sehingga diperlukan nilai yang optimum antara kedalaman penetrasi dan sensiivitas pengujian. Dengan peralatan frekuensi rendah memungkinkan untuk mendeteksi diskontinuitas pada permukaan dan di lapisan bawah struktur.

6.4.3 Teknik Mengukur Konduktivitas dan Kerusakan Akibat Panas

Perangkat pengukur konduktvitas pada instrument Eddy Current dirancang khusus untuk mengukur konduktvitas bahan. Pengoperasiannya pada frekuensi yang tetap dan dikalibrasikan dalam % IACS atau MS/m (sama dengan m/Ohm mm2). Selain itu juga digunakan untuk menentukan kondisi perlakuan panas dari paduan alumunium dan mengevaluasikerusakan akibat api. Temperature tinggi yang terbuka secara local diwujudkan dengan cat yang tidak berwarna atau cat promer, dan atau melepuh. Daerah yang seperti ini, dikaitkan dengan bahan, konduktivitas, kekerasan, dan kekuatan akan bergantung pada temperature lingkungan, waktu dan rata-rata pendinginan.

6.4.4 Mengukur Ketebalan Cat

Sebagaimana perangkat untuk mengukur konduktivitas bahan, perangkat untuk mengukur ketebalan cat juga didesain untuk mengukur ketebalan dari pengecatan atau permukaan clad. Dikalibrasikan dalam µm.

6.5 PERALATAN DAN PERLENGKAPAN

6.5.1 Peralatan

1. Instrumen Eddy Current

a. Instrumen Eddy Current pada dasarnya ditunjukkan oleh diagram pada gambar 6.5.

Page 6: eddy current test

Gambar 6.5 : diagram blok instrument Eddy Current

- Osilator menggunakan arus listrik antara 100 Hz dan 3 MHz atau lebih besar, bergantung pada penggunaan.

- Sirkuit jembatan (bridge circuit) bergantung pada karakteristik kumparan.Hubungan antara voltase dan arus serta perbandingan amplitude dipengaruhi oleh perubahab Eddy Current pada material yang berbatasan dengan probe. Perubahan sinyal ini dilakukan untuk proses-proses berikutnya.

- Signal processing circuit menyaring, menguatkan, dan memisahkan sinyal dari bridge circuit.

- Tampilan sinyal (signal readout / display system) menunjukkan informasi yang didapat oleh inspector. Untuk beberapa inspeksi tampilan tersebut hanya cukup berupa amplitude atau fasa dari sinyal yang diproses. Dan beberapa inspeksi tertentu system tampilan sinyal harus menunjukkan amplitude dan fasa dari sinyal Eddy Current. Untuk peralatan inspeksi ini dapat digunakan cathode ray tube (CRT) atau liquid crystal display (LCD).

Page 7: eddy current test

Gambar 6.6 : Bentuk-bentuk instrument Eddy CurrentA. Instrumenn Eddy Current digitalB. Instrument Eddy Current rotor

b. Penggunaan metode bidang impedansi (impedance plane method) diperlukanpengetahuan mengenai parameter yang mempengaruhi sinyal Eddy Current. Sifat-sifat penting dari benda uji yang mempengaruhi Eddy Current meliputi :

- konduktifitas listrik- dimensi- permeabilitas magnetic- jenis cacatKarakteristik instrument yang terpenting meliputi :- frekuensi- ukuran dan bentuk probe- jarak angkat antara probe dan permukaan benda uji (lift-off)- pengaruh tepi atau ujung benda uji.Setiap parameter mempunyai pengaruh indikasi pada bidang impedansi yang berbeda. Pengaruh berbagai parameter-parameter diatas pada bidang impedansi ditunjukkan oleh gambar 6.7

Gambar 6.7 : pengaruh berbagai parameter pada berbagai impedansic. Instrumen Eddy Current untul inspeksi pesawat udara pada dasarnya harus memiliki

karakteristik sebagai berikut :- mampu dipasang berbagai jenis probe- mampu mendeteksi perubahan karakteristik elektromagnetik dari kumparan- mudah untuk dibawa kemana8mana (portable).

d. Instrumen dengan frekuensi rendah harus memiliki karakteristik sebagai berikut :- tampilan bidang impedansi yang memiliki penyajian koordinat X-Y.

Page 8: eddy current test

- frekuensi yang dapat diatur antara 50-100 KHz.- memiliki fungsi “zero” manual atau elektronik- memiliki fungsi yang dapat mengatur “lift off” atau ‘sudut fasa” (0-360) secara manual.- memiliki fungsi tampilan dalam bentuk X-Y yang dapat diatur secara manual - memiliki fungsi tampilan dalam bentuk Y saja tanpa dipengaruhi oleh tampilan X-Y

yang dapat diatur secara manual.e. Instrumen dengan frekuensi tinggi harus memiliki karakteristik sebagai berikut :

- frekuensi yang digunakan antara 50 kHz s/d 3 MHz- memiliki fungsi “lift off”- memiliki fungsi pengatur “zero”- dengan perlengkapan kalibrasi berdasarkan konstruksi manufaktur dan menggunakan

standar referensi dengan indikasi 100% full meter/screen dari 0,2 mm celah harus diperoleh perbandingan s/n sebesar atau lebih besar dari 20:1

f. Instrumen dengan probe berputar dan berfrekuensi tinggi harus memiliki karakteristik sebagai berikut:- frekuensi yang dapat diatur antara 100 kHz s/d 600 kHz- memiliki pengatur tampilan X-Y secara manual- memiliki fungsi sudut fasa (0-360) yang dapat diatur secara manual- memiliki tampilan bidang impedansi dalam bentuk penyajian X-Y dan Y-timebase- dengan perlengkapan kalibrasi berdasarkan instruksi manufaktur dan menggunakan

standar referensi dengan indikasi 100% full meter/screen pada zero datum dari 0,5 mm celah harus diperoleh perbandingan s/n sebesar atau lebih besar dari 4:1.

g. Instrumen yang digunakan untuk menentukan kerusakan akibat pemanasan dan mengukur konduktivitas harus memiliki karakteristik sebagai berikut :- frekuensi yang diberikan 60 kHz(+ 30 kHz)- dengan perlengkapan kalibrasi berdasarkan instruksi manufaktur dan menggunakan

standar referensi, instrument harus mampu mengindikasikan perbedaan konduktivitas 1 Ms/m (1,7 % IACS)

- instrument harus dalam desain khusus untuk mengukur konduktivitas dan dalam satuan Ms/m atau %IACS.

2. ProbeProbe harus memiliki karakteristik sebagai berikut :

- mampu menginduksi Eddy Current pada benda uji- Mampu mendeteksi perubahan dari karakteristik listrik pada benda uji

Pada dasarnya, kumparan dibagi menjadi dua yaitu :1. Probe absolute

Pengaruh dari perubahan Eddy current dirasakan sama oleh kumparan. Kumparan bekerja sebagai perangsang dan mengukur Eddy current. Perubahan yang mencolok (korosi atau perubahan konduktivitas) dan tajam (retak) dapat dideteksi oleh probe ini. Probe ini juga mampu memisahkan kumparan perangsang (exciter coil) dan kumparan penerima (receiver coil).

Page 9: eddy current test

2. Probe differensialBentuk probe ini terdiri dari dua pusat besi yang dikelilingi oleh kumparan perangsang biasa. Setiap kumparan dipisahkan oleh kumparan perangsang yang saling berlawanan arah putarnya. Jika diskontinuitas terjadi dalam salah satu pusat besi, dua kumparan menyeimbangi pusat besi yang lainnya dan masih dapat mengukur sinyal yang dibangkitkan. Probe jenis ini tidak sensitif untuk perubahan yang mencolok dari benda uji, tetapi sangat sensitif untuk diskontinuitas yang sangat kecil.Selain itu, probe juga digunakan untuk :a. frekuensi tinggi :

Probe tanpa perisai (non-shielded probe), pada umumnya digunakan untuk permukaan yang datar atau lengkungan dengan jari-jari yang besar.

Probe berperisai (shielded probe), diperlukan closer scan dalam penggunaannya. Digunakan untuk inspeksi disekitar fastener, bagian baja atau alumunium, sepanjang ujung benda atau sudut.

Bolthole probe, digunakan untuk inspeksi retak yang bermula dari fastener holes. Probe ini biasanya merupakan jenis probe diferensial yang diputar dengan motor penggerak dengan kecepatan konstan (rotating probe).

Springloaded probe, digunakan pada saat posisi atau tekanan kumparan telah mencapai keadaan konstan.

Gambar 6.8 : jenis probe untuk frekuensi tinggi.

b. frekuensi rendah : Spot probe, digunakan untuk mendeteksi korosi atau retak pada sub-surface dari

skin, stringer, atau doublers, dan juga pada ujung fastener atau diujung. Sliding probe, digunakan untuk mendeteksi retak pada permukaan atau dekat

permukaan pada lap-joint, vutt-joint, dan pada baris-baris fastener. Ring probe, biasanya berpusat melebihi fastener, sehingga jika memungkinkan jari-

jari dalam ring probe memiliki ukuran yang sama dengan jari-jari luar dari fastener.

Page 10: eddy current test

Gambar 6.9 : jenis probe untuk frekuensi rendah

Gambar 6.10 : Berbagai jenis probe dan kabel6.5.2 Perlengkapan1. Standar referensi

Standar referensi diperlukan untuk menjamin :- Kinerja instrumen dan probe- Setting sensitivitas seperlunya- Kemampuan untuk penggunaan ulang.

6.6 VARIABEL EFEKTIFITAS PENGUJIAN1. konduktivitas

Konduktivitas (s) dari material dapat digambarkan sebagai kemampuan suatu material untuk dapat menghantarkan arus listrik. Faktor-faktor yang mempengaruhi konduktivitas antara lain :

- Pemanasan (heat treatment)- Komposisi kimiawi

Page 11: eddy current test

- Temperature- Proses mekanik

Beberapa harga konduktivitas untuk beberapa logam atau paduan logam ditunjukkan dalam table 6.1

Besaran yang menunjukkan hambatan dari konduktivitas bahan dinyatakan sebagai tahanan (resistivity,ρ), dirumuskan sebagai berikut :

ρ= 1,7241

% IACSBeberapa paduan aluminium diberi lapisan clad atau anodizing. Untuk tambahan lapisan

clad akan memberikan konduktivitas listrik paling besar, sedangkan untuk lapisan anodizing akan memberikan lapisan konduktivitas listrik paling rendah. Kerusakan dari lapisan ini (misalnya tergores) akan menghasilkan indikasi yang salah. Selain itu, pada baja terdapat kecenderungan lapisan cadmium secara local (misalnya kerutan korosi), juga dapat memberikan kesalaha indikasi. Oleh karena itu, perlu menghilamhkan lapisan dengan baik dan benar pada bagian yang lebih luas sebelum inspeksi dilakukan. Dan melapisi kembali setelah inspeksi.2. Permeabilitas

Menyatakan kemampuan suatu material untuk menghantarkan garis-garis flux magnetik. Untuk bahan non-magnetik, mngalami perubaha eddy current yang disebabkan oleh perubahan konduktivitas atau perubahan induksi fluks. Sebaliknya, untuk bahan magnetik mengalami perubahan kerapatan flux yang kemungkinan disebabkan oleh adanya cacat. Harga permeabilitas beberapa logam ditunjukkan oleh tabel 6.1Tabel 6.1:konduktivitas dan permeabilitas beberapa material.

Material Konduktivitas (%IACS) PermeabilitasCopper 100 1Alumunium (murni) 61 1Al 6061-T6 43 1Magnesium 37 1Al 7075-T6 33 1Al 2024-T4 31 1Cast steel 10,7 ±175High alloy steel 2,9 ±750Stainless steel 2,5 ± 1,02Titanium Ti-Al6V4 1 1

3. FrekuensiEddy current tidak terdistribusi secara merata pada benda uji. Eddy current menunjukkan

penurunan sejalan dengan meningkatnya kedalaman bahan dan disebut sebagai “skin effect”. Dengan meningkatnya frekuensi eddy current menunjukkan kecenderungan untuk semakin bertambah besarnya aliran pada permukaan. Kedalaman standar dari penetrasi (standard depth of penetration, SDP) menyatakan kedalaman permukaan. Dihitung dengan menggunakan :

SDP = 503√ µfρ

Page 12: eddy current test

Sehingga frekuensi dapat ditentukan debgan menggunakan kedalaman standar penetrasi (SDP) sebagai berikut :

f = 4,36 × 105

SDP2× %IACS × µ

dimana : SDP = kedalaman standar penetrasi (mm) ρ = tahanan material (ohm mm2/m) µ = permeabilitas material f = frekuensi (Hz)

gambar 6.11 menunjukkan hubungan antara SDP dan frekuensi.

Gambar 6.11 : Hubungan antara SDP dengan frekuensi

Page 13: eddy current test

4. GeometriDistribusi dan kekuatan dari eddy current dipengaruhi oleh geometri bemda uji. Untuk

material yang relatif tipis, faktor ini dapat sepenuhnya digunakan dalam mengukur ketebalan.5. Karakteristik kumparan probe

Jenis kumparan yang digunakan pada dasarnya adalah :a. surface coil, biasanya digunakan pada permukaan benda uji dengan sumbu normal

kumparan pada permukaan material. Kumparan ini terddapat pada probe dengan frekuensi tinggi, misalnya pencil probe, spade probe, bolthole probe, dan juga terdapat dalam probe frekuensi rendah, seperti ring probe. Gambar 6.12-A menunjukkan skematis jenis kumparan ini.

b. encircling coil, sesuai dengan namanya kumparan ini mengelilingi spesimen ujisebagaimana ditunjukkan pada gambar 6.12-B. kumparan ini tidak umum digunakan untuk pengujian struktur pesawat udara, tetapi digunakan pada proses produksi. Apabila menggunakan kumparan jenis ini, eddy current bergerak disekitar batang dengan berputar dan terpotong jika retak dengan arah longitudinal. Sehingga retak dengan posisi radial tidak dapat terdeteksi.

c. internal coil, yaitu meletakkan kumparan pada sisi bagian dalam dari rongga (silinder) benda uji (gambar 6.12-C). sebagaimana encircle coil, kumparan jenis ini sangat sensitif apabila mendeteksi retak secara longitudinal, dan sebaliknya tidak dapat mendeteksi retak dengan posisi radial. Probe seperti ini dikenal sebagai probe “Bobin”.

Gambar 6.12 : Bentuk-bentuk umum kumparan yang digunakan sebagai probe

Page 14: eddy current test

6.7 PROSEDUR PENGUJIANa. Pra inspeksi

Persiapan yang diperlukan dalam pengujian antara lain :

1. Jangkauan masuk

Persiapan dilakukan untuk inspeksi yang dilakukan dibagian yang sulit atau bahkan tidak dapat dijangkau oleh alat, kecuali telah dilakukan pembongkaran.

2. Pembersihan

Secara umum tidak diperlukan pembersihan yang berlebih pada bagian yang diinspeksi. Cat hanya dihilangkan jika dilakukan untuk pengujian yang sangat sensitif atau cat terlalu tebal, menggumpal, sangat tidak merata. Karat yang berlebih harus dihilangkan.

b. Inspeksi

1. prosedur kalibrasi

Dilakukan kalibrasi instrumen dan probe yang sesuai dengan prosedur khusus yang diberikan.

2. prosedur inspeksi

3. evaluasi indikasi

Terdapat beberapa tampilan pada screen alat-sesuai dengan spesifikasi pembuat-yaitu :

Gambar 6.13 : Interpretasi sinyal pada screen.

4. pengesahan dan pengelompokan indikasi

Page 15: eddy current test

c. Pasca inspeksi

1. memasang kembali bagian-bagian yang dibongkar

2. melaporkan hasil penemuan diskontinuitas.

6.8 CONTOH PENGUJIAN

Identitas pengujian :

1. Jenis pesawat : Fokker, F-28

2. Bagian uji : service/emergency door aperture

3. Jenis alat dan perlengkapan : defectometer (instrument eddy current), angle pencil probe-Nfe (probe).

4. Keterangan : menemukan retak pada setiap sudut pintu setelah melalui proses perbaikan.

5. Ilustrasi : gambar 6.14

Page 16: eddy current test

Gambar 6.14 : A. bagian yang diinspeksi pada pesawat.

B. pelaksanaan inspeksi oleh petugas inspeksi.

C. salah satu tampilan sudut yang diinspeksi.


Related Documents