PENGUJIAN NON DESTRUCTIVE TEST (NDT), PENGUJIAN ULTRASONIC TEST (UT)

1. PENGUJIAN NON DESTRUCTIVE TEST (NDT), PENGUJIAN ULTRASONIC TEST (UT)
             Pengujian ultrasonic (UT test) adalah salah satu jenis pengujian non destructive test dengan cara memberikan gelombang frekuensi tinggi ke dalam material benda uji untuk mengukur sifat geometris dan fisik dari bahan. Biasanya frekuensi yang dipakai antara 1 MHz sampai 10 MHz. Laju ultrasound di bahan yang berbeda akan menghasilkan kecepatannya yang berbeda. Gelombang ultrasonic akan terus merambat melalui material dengan kecepatan tertentu dan tidak kembali kecuali hits reflector. Reflector memperkirakan adanya retak/cacat antara dua material yang berbeda.Gelombang suara frekuensi tinggi yang diberikan ke material kemudian dipantulkan kembali dari permukaan yang cacat, energy suara yang dipantulkan ditampilkan terhadap waktu,, dan divisualisasikan terhadap specimen. Hasil dari gelombang suara tersebut ditampilkan pada layar monitor dan terdeteksi terdapat cacat atau bebas cacat pada material tersebut.

Keunggulan Ultrasonic  test

 Bisa mendeteksi kedalaman cacat, posisi dan dimensi cacat

 Dapat mendeteksi cacat-cacat laminasi yang tidak mampu dideteksi oleh Radiograpy test, Magnetic  test maupun Penetran test

PRINSIP KERJA ULTRASONIC TEST

Gambar diatas adalah tampilan secara sederhana proses pengujian Ultrasonic Test, dimana  gelombang Ultrasonic disorotkan ke permukaan bidang uji dengan garis lurus pada kecepatan konstan,  kemudian gelombang tersebut dipantulkan kembali dari permukaan atau cacat benda uji.

Hasil dari gelombang suara tersebut ditampilkan pada layar monitor berupa tampilan pulsa untuk mengetahui tebal serta cacat atau tidaknya benda uji tersebut.

Secara umum tampilan pulsa pada layar monitor terdiri dari:

1.       Initial Pulse

2.       Backwall Pulse

3.       Defect Pulse

4.       Noise Pulse

Sedangkan untuk membedakan tampilan pulsa2 pada layar monitor dapat dijelaskan secara sederhananya sbb:

Initial Pulse adalah signal pulsa yang selalu muncul pada saat awal tampilan pengukuran yang terbaca dilayar monitor.Defect Pulse adalah signal pulsa yang muncul sebagai indikasi adanya cacat pada bahan uji.Backwall Pulse adalah signal pulsa yang menyatakan ketebalan bahan uji.Noise Pulse adalah kumpulan pulsa-pulsa noise yang muncul pada bahan uji. Backwall pulse, Noise pulse dan Defect Pulse bagi orang yang baru pertama kali mengoperasikan alat Ultrasonic test mungkin masih rancu untuk membedakan. oleh karena itu untuk membedakannya kita bisa melihat dari karakter signal yang muncul pada tampilan layar monitor.Untuk mengetahui apakah itu Backwal pulse kita bisa menambah panjang Range pada set up  alat UT. jika Pulsa selalu muncul setiap kelipatan angka pada layar UT test secara teratur misalya pada jarak 6,12,18,24 dst.. berarti pulsa tsb masuk kategori Backwall pulse.

Sedangkan Defect pulse dan noise pulse untuk membedakannya kita bisa mengatur nilai Reject pada alat UT test tsb, jika kita  menaikkan nilai Reject pada alat UT test kemudian signal yang muncul pada layar monitor menghilang, berarti signal tersebut adalah noise pulse, namun bila tampilan signal tetap muncul pada layar monitor berarti signal tersebut adalah defect pulse.

B. Teori Dasar X-Ray Diffraction (XRD)

Proses analisis menggunakan X-ray diffraction (XRD) merupakan salah satu metoda  karakterisasi material yang paling tua dan paling sering digunakan hingga sekarang. Teknik ini digunakan untuk mengidentifikasi fasa kristalin dalam material dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta untuk mendapatkan ukuran partikel. Sinar X merupakan radiasi elektromagnetik yang memiliki energi tinggi sekitar 200 eV sampai 1 MeV. Sinar X dihasilkan oleh interaksi antara berkas elektron eksternal dengan elektron pada kulit atom. Spektrum sinar X memilki panjang gelombang 10^-10  s/d 5^-10 nm, berfrekuensi 1017-1020 Hz dan memiliki energi 103-106 eV. Panjang gelombang sinar X memiliki orde yang sama dengan jarak antar atom sehingga dapat digunakan sebagai sumber difraksi kristal. SinarX dihasilkan dari tumbukan elektron berkecepatan tinggi dengan logam sasaran. Olehk arena itu, suatu tabung sinar X harus mempunyai suatu sumber elektron, voltase tinggi, dan logam sasaran. Selanjutnya elektron elektron yang ditumbukan ini mengalami pengurangan kecepatan dengan cepat dan energinya diubah menjadi foton.

Sinar X ditemukan pertama kali oleh Wilhelm Conrad Rontgen pada tahun 1895, di Universitas Wurtzburg, Jerman. Karena asalnya tidak diketahui waktu itu maka disebut sinar X. Untuk penemuan ini Rontgen mendapat hadiah nobel pada tahun 1901, yang merupakan hadiah nobel pertama di bidang fisika. Sejak ditemukannya, sinar-X telah umum digunakan untuk tujuan pemeriksaan tidak merusak pada material maupun manusia. Disamping itu, sinar-X dapat juga digunakan untuk menghasilkan pola difraksi tertentu yang dapat digunakan dalam analisis kualitatif dan kuantitatif material. Pengujian dengan menggunakan sinar X disebut dengan pengujian XRD (X-Ray Diffraction).

XRD digunakan untuk analisis komposisi fasa atau senyawa pada material dan juga karakterisasi kristal. Prinsip dasar XRD adalah mendifraksi cahaya yang melalui celah kristal. Difraksi cahaya oleh kisi-kisi atau kristal ini dapat terjadi apabila difraksi tersebut berasal dari radius yang memiliki panjang gelombang yang setara dengan jarak antar atom, yaitu sekitar 1 Angstrom. Radiasi yang digunakan berupa radiasi sinar-X, elektron, dan neutron. Sinar-X merupakan foton dengan energi tinggi yang memiliki panjang gelombang berkisar antara 0.5 sampai 2.5 Angstrom. Ketika berkas sinar-X berinteraksi dengan suatu material, maka sebagian berkas akan diabsorbsi, ditransmisikan, dan sebagian lagi dihamburkan terdifraksi. Hamburan terdifraksi inilah yang dideteksi oleh XRD. Berkas sinar X yang dihamburkan tersebut ada yang saling menghilangkan karena fasanya berbeda dan ada juga yang saling menguatkan karena fasanya sama. Berkas sinar X yang saling menguatkan itulah yang disebut sebagai berkas difraksi. Hukum Bragg merumuskan tentang persyaratan yang harus dipenuhi agar berkas sinar X yang dihamburkan tersebut merupakan berkas difraksi. Ilustrasi difraksi sinar-X pada XRD dapat dilihat pada Gambar 1 dan Gambar 2.

Gambar 1 : Ilustrasi difraksi sinar-X pada XRD [1]

Gambar 2 : Ilustrasi difraksi sinar-X pada XRD [2]

Dari Gambar 2 dapat dideskripsikan sebagai berikut. Sinar datang yang menumbuk pada titik pada bidang pertama dan dihamburkan oleh atom P. Sinar datang yang kedua menumbuk bidang berikutnya dan dihamburkan oleh atom Q, sinar ini menempuh jarak SQ + QT bila dua sinar tersebut paralel dan satu fasa (saling menguatkan). Jarak tempuh ini merupakan kelipatan (n) panjang gelombang (λ), sehingga persamaan menjadi :

Persamaan diatas dikenal juga sebagai Bragg’s law, dimana, berdasarkan persamaan diatas, maka kita dapat mengetahui panjang gelombang sinar X (λ) dan sudut datang pada bidang kisi (θ), maka dengan ita kita akan dapat mengestimasi jarak antara dua bidang planar kristal (d001). Skema alat uji XRD dapat dilihat pada Gamnbar 3 dibawah ini.

Gambar 3: Skema alat uji XRD [3]

Dari metode difraksi kita dapat mengetahui secara langsung mengenai jarak rata-rata antar bidang atom. Kemudian kita juga dapat menentukan orientasi dari kristal tunggal. Secara langsung mendeteksi struktur kristal dari suatu material yang belum diketahui komposisinya. Kemudian secara tidak langsung mengukur ukuran, bentuk dan internal stres dari suatu kristal. Prinsip dari difraksi terjadi sebagai akibat dari pantulan elastis yang terjadi ketika sebuah sinar berinteraksi dengan sebuah target. Pantulan yang tidak terjadi kehilangan energi disebut pantulan elastis (elastic scatering). Ada dua karakteristik utama dari difraksi yaitu geometri dan intensitas. Geometri dari difraksi secara sederhana dijelaskan oleh Bragg’s Law (Lihat persamaan 2). Misalkan ada dua pantulan sinar α dan β. Secara matematis sinar β tertinggal dari sinar α sejauh SQ+QT yang sama dengan 2d sin θ secara geometris. Agar dua sinar ini dalam fasa yang sama maka jarak ini harus berupa kelipatan bilangan bulat dari panjang gelombang sinar λ. Maka didapatkanlah Hukum Bragg: 2d sin θ = nλ. Secara matematis, difraksi hanya terjadi ketika Hukum Bragg dipenuhi. Secara fisis jika kita mengetahui panjang gelombang dari sinar yang membentur kemudian kita bisa mengontrol sudut dari benturan maka kita bisa menentukan jarak antar atom (geometri dari latis). Persamaan ini adalah persamaan utama dalam difraksi. Secara praktis sebenarnya nilai n pada persamaan Bragg diatas nilainya 1. Sehingga cukup dengan persamaan 2d sin θ = λ . Dengan menghitung d dari rumus Bragg serta mengetahui nilai h, k, l dari masing-masing nilai d, dengan rumus-rumus yang telah ditentukan tiap-tiap bidang kristal kita bisa menentukan latis parameter (a, b dan c) sesuai dengan bentuk kristalnya.

Estimasi Crystallite Size dan Strain Menggunakan XRD

Elektron dan Neutron memiliki panjang gelombang yang sebanding dengan dimensi atomik sehingga radiasi sinar X dapat digunakan untuk menginvestigasi material kristalin. Teknik difraksi memanfaatkan radiasi yang terpantul dari berbagai sumber seperti atom dan kelompok atom dalam kristal. Ada beberapa macam difraksi yang dipakai dalam studi material yaitu: difraksi sinar X, difraksi neutron dan difraksi elektron. Namun yang sekarang umum dipakai adalah difraksi sinar X dan elektron. Metode yang sering digunakan untuk menganalisa struktur kristal adalah metode Scherrer. Ukuran kristallin ditentukan berdasarkan pelebaran puncak difraksi sinar X yang muncul. Metode ini sebenarnya memprediksi ukuran kristallin dalam material, bukan ukuran partikel. Jika satu partikel mengandung sejumlah kritallites yang kecil-kecil maka informasi yang diberikan metiode Schrerrer adalah ukuran kristallin tersebut, bukan ukuran partikel. Untuk partikel berukuran nanometer, biasanya satu partikel hanya mengandung satu kristallites. Dengan demikian, ukuran kristallinitas yang diprediksi dengan metode Schreer juga merupakan ukuran partikel. Berdasarkan metode ini, makin kecil ukuran kristallites maka makin lebar puncak difraksi yang dihasilkan, seperti diilustrasikan pada Gambar 4. Kristal yang berukuran besar dengan satu orientasi menghasilkan puncak difraksi yang mendekati sebuah garis vertikal. Kristallites yang sangat kecil menghasilkan puncak difraksi yang sangat lebar. Lebar puncak difraksi tersebut memberikan informasi tentang ukuran kristallites. Hubungan antara ukuran ksirtallites dengan lebar puncal difraksi sinar X dapat diproksimasi dengan persamaan Schrerer [5-9]

Gambar 4 : XRD Peaks [4]

Gambar 4 mengindikasikan bahwa makin lebar puncak difraksi sinar X maka semakin kecil ukuran kristallites. Ukuran kristallites yangmenghasilkan pola difraksi pada gambar bawah lebih kecil dari pada ukuran kristallites yang menghasilkan pola diffraksi atas. Puncak diffraksi dihasilkan oleh interferensi secara kontrukstif cahaya yang dipantulkan oleh bidang-bidang kristal. Hubungan antara ukuran ksirtallites dengan lebar puncal difraksi sinar X dapat diproksimasi dengan persamaan Schrerer [5-7].

Scherrer Formula

Dimana :

• Crystallite size (satuan: nm) dinotasikan dengan symbol (D)
•  FWHM (Line broadening at half the maximum intensity), Nilai yang dipakai adalah nilai FWHM setelah dikurangi oleh “the instrumental line broadening” (satuan: radian) dinotasikan dengan symbol (B)
•  Bragg’s Angle dinotasikan dengan symbol (θ)
• X-Ray wave length dinotasikan dengan symbol (λ)
• K  Adalah nilai konstantata “Shape Factor” (0.8-1) dinotasikan dengan symbol (K)

Perlu diingan disini adalah: Untuk memperoleh hasil estimasi ukuran kristal dengan lebih akurat maka, nilai FWHM harus dikoreksi oleh "Instrumental Line Broadening" berdasarkan persamaan berikut [4-9].

Dimana :

FWHM_sample adalah lebar puncak difraksi puncak pada setengah maksimum dari sampel benda uji dan FWHM_standard adalah lebar puncak difraksi material standard yang sangat besar puncaknya berada di sekitar lokasi puncak sample yang akan kita hitung.

Setelah data hasil uji sampel menggunakan XRD diperoleh, Data hasil analisa yang diperoleh tersimpan dalam format RAW.data, yang kemudian data tersebut dianalisa menggunakan Software EVA, data hasil uji sampel yang diperoleh adalah berupa peak seperti gambar dibawah ini.

Gambar 6: XRD Peak untuk sampel Fe powder  yang diuji penulis.

Sekilas Tentang Struktur Atom Suatu Unsur

Setiap atom terdiri dari inti yang sangat kecil yang terdiri dari proton dan neutron, dan di kelilingi oleh elektron yang bergerak. Elektron dan proton mempunyai muatan listrik yang besarnya 1,60 x 10^-19 C dengan tanda negatif untuk elektron dan positif untuk proton sedangkan neutron tidak bermuatan listrik. Massa partikel-partikel subatom ini sangat kecil: proton dan neutron mempunyai massa kira-kira sama yaitu 1,67 x 10^-27 kg, dan lebih besar dari elektron yang massanya 9,11 x 10^-31 kg. Setiap unsur kimia dibedakan oleh jumlah proton di dalam inti, atau nomor atom (Z). Untuk atom yang bermuatan listrik netral atau atom yang lengkap, nomor atom adalah sama dengan jumlah elektron. Nomor atom merupakan bilangan bulat dan mempunyai jangkauan dari 1 untuk hidrogen hingga 94 untuk plutonium yang merupakan nomor atom yang paling tinggi untuk unsur yang terbentuk secara alami. Massa atom (A) dari sebuah atom tertentu bisa dinyatakan sebagai jumlah massa proton dan neutron di dalam inti. Walaupun jumlah proton sama untuk semua atom pada sebuah unsur tertentu, namun jumlah neutron (N) bisa bervariasi. Karena itu atom dari sebuah unsur bisa mempunyai dua atau lebih massa atom yang disebut isotop. Berat atom berkaitan dengan berat rata-rata massa atom dari isotop yang terjadi secara alami. Satuan massa atom (sma) bisa digunakan untuk perhitungan berat atom. Suatu skala sudah ditentukan dimana 1 sma didefinisikan sebagai 1/12 massa atom dari isotop karbon yang paling umum, karbon 12 (12 C) (A = 12,00000). Dengan teori tersebut, massa proton dan neutron sedikit lebih besar dari satu, dan,

A ≅ Z + N

Berat atom dari unsur atau berat molekul dari senyawa bisa dijelaskan berdasarkan sma per atom (molekul) atau massa per mol material. Satu mol zat terdiri dari 6,023 x 10²³ atom atau molekul (bilangan Avogadro). Kedua teori berat atom ini dikaitkan dengan persamaan berikut: 1 sma/atom (molekul) = 1 g/mol Sebagai contoh, berat atom besi adalah 55,85 sma/atom, atau 55,85 g/mol. Kadang-kadang penggunaan sma per atom atau molekul lebih disukai; pada kesempatan lain g/mol (atau kg/mol) juga digunakan.. Pengevaluasian atau inspeksi terhadap suatu diskontinyuitas pada konstruksi yang menggunakan material logam, sebaiknya dilakukan secara rutin, untuk mengurangi resiko terjadinya kecelakaan kerja, dan juga akan mempermudah perawatannya. Untuk melakukan pengevaluasian atau inspeksi tersebut diperlukan suatu metoda pengujian yang sekiranya mampu mendeteksi keberadaan diskontinyuitas pada suatu logam material.

C. Uji liquid penetrant

merupakan salah satu metoda pengujian jenis NDT (Non–Destructive Test) yang relatif mudah dan praktis untuk dilakukan. Uji liquid penetrant ini dapat digunakan untuk mengetahui diskontinyuitas halus pada permukaan seperti retak, berlubang atau kebocoran. Pada prinsipnya metoda pengujian dengan liquid penetrant memanfaatkan daya kapilaritas.

Liquid penetrant dengan warna tertentu (merah) meresap masuk kedalam diskontinyuitas, kemudian liquid penetrant tersebut dikeluarkan dari dalam diskontinyuitas  dengan menggunakan cairan pengembang (developer) yang warnanya kontras dengan liquid penetrant (putih). Terdeteksinya diskontinyuitas adalah dengan timbulnya bercak-bercak merah (liquid penetrant) yang keluar dari dalam diskontinyuitas

Diskontinyuitas yang mampu dideteksi dengan pengujian ini adalah diskontinyuitas yang bersifat terbuka dengan prinsip kapilaritas seperti pada Gambar 4.1. Deteksi diskontinyuitas dengan cara ini tidak terbatas pada ukuran, bentuk arah diskontinyuitas, struktur bahan maupun komposisinya. Liquid penetrant dapat meresap kedalam celah diskontinyuitas yang sangat kecil. Pengujian penetrant tidak dapat mendeteksi kedalaman dari diskontinyuitas. Proses ini banyak digunakan untuk menyelidiki keretakan permukaan (surface cracks), kekeroposan (porosity), lapisan-lapisan bahan, dll. Penggunaan uji liquid penetrant tidak terbatas pada logam ferrous dan non ferrous saja tetapi juga pada ceramics, plastic, gelas, dan benda-benda hasil powder metalurgi.

Gambar 4.1 Proses kapilaritas pada specimen uji

Penggunaan uji liquid penetrant ini sangat terbatas, misalnya:

1. Keretakan atau kekeroposan yang ada dapat dideteksi jika keretakan tersebut merembat hingga ke permukaan benda. Sedangkan keretakan yang ada dibawah permukaan benda, tidak akan terdeteksi dengan menggunakan metoda pengujian ini.
2. Pada permukaan yang terlalu kasar atau berpori-pori juga dapat mengakibatkan indikasi palsu.
3. Metoda pengujian ini tidak dianjurkan untuk menyelidiki benda-benda hasil hasil metallurgy yang kurang padat.

Klasifikasi liquid penetrant sesuai cara pembersihannya:

                   Liquid penetrant bila dilihat dari cara pembersihannya dapat diklasifikasikan menjadi tiga macam metoda dan ketiganya memiliki perbedaan yang mencolok. Pemilihan salah satu sistem bergantung pada faktor-faktor berikut ini :

• Kondisi permukaan benda kerja yang diselidiki
• Karakteristik umum discuntinuity/ keretakan logam
• Waktu dan tempat penyelidikan
• Ukuran benda kerja

Metoda pengujian liquid penetrant ini diklasifikasikan sesuai dengan cara pembersihannya, yaitu:

1. Water washable penetrant system

Sistem liquid penetrant ini dapat berupa fluorescent. Proses pengerjaannya cepat dan efisien. Pembilasan harus dilakukan secara hati-hati, karena liquid penetran dapat terhapus habis dari permukaan diskontinyuitas.

2. Post emulsifible system

Biasa digunakan untuk menyelidiki keretakan yang sangat kecil, menggunakan penetrant yang tidak dapat dibasuh dengan air. Penetrant jenis ini dilarutkan dengan oli dan membutuhkan langkah tambahan pada saat penyelidikan yaitu pembubuhan emulsifier yang dibiarkan pada permukaan spesimen.

3. Solvent removable system

Solvent removable sistem digunakan pada saat pre cleaning dan pembasuhan penetrant. Penetrant jenis ini larut dalam oli. Pembersihan penetrant secara optimum dapat dicapai dengan cara mengelap permukaan benda kerja dengan lap yang telah dilembabkan dengan solvent. Tahap akhir dari pengelapan dilakukan dengan menggunakan kain kering. Penetrant juga dapat dihilangkan dengan cara membanjiri permukaan benda kerja dengan solvent.

Klasifikasi liquid penetrant berdasarkan pengamatannya

Berdasarkan pengamatannya ada tiga jenis liquid penetrant, yaitu:

1. Visible penetrant

Visible penetrant adalah zat pewarna merah yang tampak jelas di bawah kondisi pencahayaan normal. Pada umumnya visible penetrant berwarna merah. Hal ini ditunjukkan pada penampilannya uang contrast terhadap latar belakang warna developernya. Proses ini tidak membutuhkan pencahayaan ultra violet, tetapi membutuhkan cahaya putih minimal 1000 lux untuk pengamatan.

2. Fluorescent penetrant

Liquid penetrant ini adalah yang dapat berkilau bila disinar UV Fluorescent penetrant bergantung pada kemampuannya untuk menampilkan diri terhadap cahaya ultra violet yang lemah pada ruangan yang gelap.

Evaluasi Indikasi

                  Indikasi akan dinyatakan oleh retensi penetrant partikel. Semua indikasi seperti itu tidak selalu sempurna, tetapi bila permukaan yang kasar sangat banyak, penetrant akan merembes ke HAZ, dll. Hal tersebut dapat menghasilkan indikasi yang serupa. Indikasi yang tidak sempurna mungkin akan menjadi lebih besar. Namun ukuran indikasi merupakan dasar untuk penerimaan evaluasi. Hanya indikasi yang memiliki dimensi yang lebih besar dari 1/16 inchi akan dianggap relevan. Indikasi apapun yang di pertanyakan atau meragukan akan dikaji ulang untuk menentukan apakah relevan atau tidak relevan.

 Standart penerimaan

Dalam pengujian penetrant dapat dinyatakan bahwa material tersebut dapat diterima apabila permukaannya bebas dari :

1. Relevant linier indication

Suatu cacat dikatakan memiliki indikasi linier dan akan direject apabila pada cacat tersebut memiliki panjang lebih dari 3 kali lebarnya dan yang besarnya  lebih dari ¹/₁₆ in. (1,6 mm).

2. Relevant rounded indication

Suatu cacat dikatakan memiliki indikasi lingkaran apabila pada cacat tersebut memiliki panjang kurang dari 3 kali lebarnya.

1. Material tersebut akan direject apabila memiliki panjang atau lebar indikasi lingkaran lebih dari_­­_­ ³/₁₆ (4,8 mm).
2. Material tersebut akan direject apabila memiliki 4 atau lebih indikasi lingkaran yang tersusun dalam satu baris, dengan jarak antara indikasi lingkaran kurang dari 1,6 mm.

Maka, apabila permukaan suatu material bebas dari kedua indikasi yang telah disebutkan di atas, material tersebut dapat diterima

Langkah-langkah penggunaan Penetrant
 

Berikut adalah langkah-langkah utama Inspeksi penetran cair / "dye penetrant inspection" - cara kerja penetrant test: 

1.PEMBERSIHAN PERMUKAAN MATERIAL 

Permukaan uji dibersihkan terlebih dahulu agar kotoran, cat, minyak, atau gemuk tidak menimbulkan indikasi yang tidak relevan atau palsu.   Metode pembersihan dapat menggunakan cairan pembersihnya (Cleaner/Remover), untuk pembersihan redusi alkali, atau uap degreasing. Tujuan akhir dari langkah ini adalah permukaan yang bersih di mana setiap cacat terlihat dan terbentuk ke permukaan, kering, dan terbebas dari kontaminasi

2. Semprotkan penetrant ke area yang akan di inspeksi:

Penetran test ini kemudian diterapkan pada permukaan material bahan yang diuji. Penetran sebaiknya diberikan "waktu tunggu" untuk meresap ke dalam setiap kemungkinan-kemungkinan cacat yang ada (biasanya 5 sampai 30 menit). Waktu tunggu terutama tergantung pada penetran yang digunakan, bahan yang diuji dan ukuran kekurangan dicari. Seperti yang diharapkan, kekurangan kecil membutuhkan waktu lebih lama dalam penetrasinya. Karena sifat yang tidak kompatibel mereka harus berhati-hati untuk tidak menerapkan pelarut berbasis penetran ke permukaan yang akan diperiksa dengan penetran yang telah dicuci.
3. Bersihkan sisa penetran    

Sisa-sisa penetran kemudian dihapus dari permukaan. Metode penghapusan dikendalikan oleh jenis penetran digunakan. Air-dicuci, pelarut-removable, lipofilik pasca-diemulsikan, atau hidrofilik pasca-diemulsikan adalah pilihan umum. Pengemulsi merupakan tingkat sensitivitas tertinggi, dan kimia berinteraksi dengan penetran berminyak untuk membuatnya dilepas dengan semprotan air. Bila menggunakan remover pelarut dan kain adalah penting untuk tidak menyemprot pelarut pada permukaan tes langsung, karena ini dapat menghapus penetran dari kekurangan. Jika penetran berlebih tidak benar dihapus, setelah pengembang diterapkan, hal itu mungkin meninggalkan latar belakang di daerah maju yang dapat menutupi indikasi atau cacat. Selain itu, ini juga dapat menghasilkan indikasi palsu sangat menghambat kemampuan Anda untuk melakukan pemeriksaan yang tepat. 

4. Penerapan Pengembang:

Setelah penetran berlebih telah dihapus pengembang putih diterapkan pada sampel. Jenis pengembang tersedia beberapa, termasuk: non-berair pengembang basah , bubuk kering, air suspendable, dan larut dalam air. Pilihan pengembang diatur oleh kompatibilitas penetran (satu tidak dapat menggunakan pengembang yang larut dalam air atau suspendable dengan air-dicuci penetran), dan oleh kondisi inspeksi. Bila menggunakan non-berair pengembang basah (NAWD) atau bubuk kering, sampel harus dikeringkan sebelum aplikasi, sedangkan pengembang larut dan suspendable diterapkan dengan bagian masih basah dari langkah sebelumnya. NAWD tersedia secara komersial dalam kaleng semprot aerosol, dan dapat menggunakan aseton , alkohol isopropil , atau propelan yang merupakan kombinasi dari dua. Pengembang harus membentuk semi-transparan, bahkan lapisan pada permukaan. 

Pengembang menarik penetran dari cacat keluar ke permukaan untuk membentuk indikasi yang terlihat, umumnya dikenal sebagai berdarah-out. Setiap daerah yang berdarah-out dapat menunjukkan lokasi, orientasi dan jenis kemungkinan cacat pada permukaan. Menafsirkan hasil dan karakterisasi cacat dari indikasi yang ditemukan mungkin memerlukan beberapa pelatihan dan / atau pengalaman [ukuran indikasi bukanlah ukuran sebenarnya dari cacat] 

5. Inspeksi:

Inspektur akan menggunakan cahaya tampak dengan intensitas yang memadai (100 kaki-lilin atau 1100 lux khas) untuk dye penetrant terlihat. Ultraviolet (UV-A) radiasi intensitas yang memadai (1.000 mikro-watt per sentimeter kuadrat umum), bersama dengan rendah tingkat cahaya ambient (kurang dari 2 foot-candle) untuk pemeriksaan penetran neon. Inspeksi permukaan uji harus dilakukan setelah 10 sampai 30 menit waktu pengembangan, tergantung jenis produk.

Ini penundaan waktu memungkinkan tindakan blotting terjadi. Inspektur dapat mengamati sampel untuk pembentukan indikasi kapan menggunakan pewarna terlihat. Ini juga kebiasaan yang baik untuk mengamati indikasi karena mereka terbentuk karena karakteristik berdarah keluar adalah bagian penting dari karakterisasi penafsiran kekurangan.

6. Posting Pembersihan:

Permukaan uji sering dibersihkan setelah pemeriksaan dan pencatatan cacat, terutama jika pasca-pemeriksaan proses pelapisan dijadwalkan. 

d. Eddy Current Testing

1.     Pengenalan

Eddy Current testing adalah pengujian tanpa merusak yang memanfaatkan arus Eddy yang mengalir pada material konduktor untuk menemukan cacat pada material tersebut.

2.     Dasar Teori

Arus Eddy ini dihasilkan oleh induksi arus listrik bolak-balik dalam material konduktor. Arus bolak-balik tersebut menghasilkan medan magnetic bolak-balik. Arus induksi didalam material yang termodifikasi akan menimbulkan perubahan nilai arus induksi saat melewati material yang diuji. Pada saat arus melalui potongan kawat, medan magnet akan muncul di sekitar kawat tersebut. Kekuatan dari medan magnet tersebut  bergantung pada besarnya arus yang dialirkan pada kawat.

Arus Eddy ini mengalir membentuk lingkaran yang terpusat dan tegak lurus terhadap medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan probe, arah putarannya tergantung dari arah putaran kumparan probe. Diskontinuitas dapat terdeteksi dengan posisi bersilangan terhadap arah arus Eddy pada material yang diuji. Frekuensi bolak-balik arus Eddy ini bergantung pada frekuensi bolak-balik yang dihasilkan oleh medan magnet pada kumparan probe.

Alat yang diperlukan untuk melakukan Eddy Current testing antara lain AC generator sebagai supplier tegangan pada kumparan dan sebagai pengatur besar frekuensi yang diberikan. Display sebagai alat untuk mengamati bacaan hasil pengujian. Coil circuits, pembangkit signal elektromagnetik dan arus Eddy.

3.     Jenis Probe yang digunakan dalam pengujian

Jenis-jenis probe yang digunakan untuk Eddy Current test antara lain:

a.       Pancake Probe

Pancake probe ini digunakan untuk menguji benda yang permukaannya rata

b.      Test Probe

Kumparannya dibentuk sedemikian rupa untuk mengatur arah arus Eddy Current.

-       Encircling coil probe

-       Horse-hoe shaped coil probe

Digunakan untuk mendeteksi cacat berbentuk planar

-       Cross axis coils

Kumparannya dibuat berbeda arah 90° sehingga menghasilkan Eddy Current ke segala arah pada material yang diuji

4.     Teknik yang digunakan dalam pengujian

Ada beberapa teknik yang digunakan dalam pengujian Eddy Current, antara lain:

a.       Teknik pengujian dengan frekuensi rendah

Frekuensi yang digunakan adalah 50kHz atau lebih besar jika diperlukan. Kedalaman penetrasi yang dihasilkan rendah, pada umumnya kurang dari 0,25mm. Metode ini memiliki sensitivitas yang tinggi, sering digunakan untuk mendeteksi cacat yang terbuka pada permukaan yang mudah dijangkau seperti plat.

b.      Teknik pengujian dengan frekuensi tinggi

Frekuensi yang digunakan sekitar 50-100 kHz. Semakin tinggi frekuensi maka semakin dalam penetrasinya tetapi sensitivitasnya akan berkurang. Sehingga diperlukan nilai yang optimum antara kedalaman penetrasi dan sensitivitas pengujian.

c.       Teknik mengukur konduktivitas

Perangkat pengukur konduktivitas pada instrument Eddy Current memang dirancang khusus untuk mengukur konduktivitas material. Pengoprasiannya pada frekuensi yang tetap dan dikalibrasikan dalam % IACS atau MS/m

Gambar diatas adalah bentuk kurva konduktivitas material.

Distribusi kekuatan dari Eddy Current juga dipengaruhi oleh geometri benda uji. Apabila menemui bagian tepi material (edge effect) akan terjadi penekanan arus seperti pada kurfa dibawah.

d.      Mengukur ketebala lapisan

Eddy Current juga dapat digunakan untuk mengukur ketebalan lapisan seperti cat yang menjadi jarak pemisah antara probe dan material konduktor.

5.     Aplikasi Pengujian

Eddy Current test ini dapat digunakan untuk berbagai bentuk geometri antara lain kawat, pipa, batang, silinder, lembaran logam, dan bentuk-bentuk hasil dari pembentukan lainnya.

6.     Kelebihan dan Kekurangan Eddy Current Testing

a.       Kelebihan

-       Pengukuran yang dilakukan bervariasi

-       Sensitivitas pada crack kecil tinggi

-       Dapat mendeteksi surface dan sub surface defect

-       Hasil dapat diperoleh dengan cepat

-       Peralatannya dapat dibawa kemana-mana

-       Persiapannya sederhana

-       Test Probe tidak harus kontak langsung dengan benda uji

-       Dapat mendeteksi pada material konduktor dengan berbagai bentuk geometri

b.      Kekurangan

-       Hanya untuk material konduktor

-       Permukaan harus dapat dijangkau oleh probe

-       Diperlukan skill yang tinggi dan training yang lebih intens

-       Kekasaran dan kehalusan permukaan dapat berpengaruh

-       Dibutuhkan standar referensi untuk set up

-       Kedalaman penetrasi terbatas

-       Cacat seperti delaminasi yang sejajar dengan lilitan coil probe dan scan probe tidak dapat dideteksi

7.     Kesimpulan

a.       Eddy Current memanfaat perubahan intensitas arus imbas untuk mendeteksi cacat pada material

b.      Cacat ini dapat dilihat karena perubahan bentuk arus Eddy ketika probe mendeteksi pada material

c.       Eddy Current test dapat diaplikasikan pada berbagai bentuk geometri benda

E. Radiographic Test

1.     Pengenalan

Radiographic test adalah salah satu uji tanpa merusak dengan memanfaatkan sinar x atau sinar gamma yang mampu menembus hampir semua logam kecuali timbal sehingga dapat digunakan untuk mendeteksi cacat di dalam material uji. Radiography menggunakan penetrating radiation yang diarahkan langsung pada material. Hasil pengujian akan ditampilkan pada film atau melalui computer.

2.     Dasar Teori

Material uji akan ditempatkan diantara sumber radiasi dan film. Ketebalan dan berat jenis material sangat berpengaruh pada jumlah radiasi yang diberikan. Energi radiasi dan waktu harus diatur supaya bisa memberikan image yang diinginkan dengan jelas. Sudut antara sumber radiasi dan cacat adalah hal yang sangat berkaitan. Besar sudut penetrasi sangat menentukan pada hasil test. Sumber radiasi yang biasa digunakan di industri antara lain generator x-ray dan sumber gamma ray.

Gama rays dihasilkan oleh radioisotope. Radioisotope mempunya nuclei yang tidak stabil karena tidak mempunyai cukup energy pengikat untuk menggabungkan nucleus menjadi satu. Pelepasan spontanitas dari atom nucleus itu lah yang menghasilkan energy yang dikenal sebagai radioactive decay.

Tidak seperti x-rays yang dihasilkan oleh mesin. Radioisotope yang digunakan pada gamma radiography dimasukkan ke dalam kapsul untuk mencegah kebocoran material tersebut. Radioactive capsule digunakan sebagai kabel untuk membentuk pigtail yang mempunya connector khusus untuk menyambungkan ke kabel drive.

Kamera digunakan untuk menyimpan, mengirim, dan menyinari yang berisikan material radioactive. Kamera berisi material pelindung yang mengurangi paparan radiasi selama proses berlangsung. Kabel drive yang dihubungkan pada kamera dikontrol melalui radiographer yang digunakan untuk menyinari (menembak). Material radioactive akan keluar melalui guide tube dimana gamma rays akan melalui material uji dan tercetak pada alat pencetak.

X-rays dan gamma rays dibentuk secara radiasi ionisasi. Mereka memiliki kemampuan untuk membentuk ion pada material yang dipenetrasi. X-rays dan gamma rays memiliki energy cukup untuk membebaskan electron dari atom dan merusak struktur molekul dari sel. Hal ini dapat menyebabkan kanker.

3.     Media Penggambaran

a.       Film Radiography

Film adalah media paling tua yang banyak digunakan pada radiography test. Film berisi microscopic material disebut silver bromide. Penggunaannya hanya sekali dan diproses di ruangan gelap. Silver bromide menjadi hitam metallic silver yang membentuk image.Film harus dilindungi dari cahaya langsung. Film di tempatkan pada light proof cassette pada ruang gelap.

Supaya image dapat dilihat, film harus dicuci pada tempat yang gelap. Proses ini sebenarnya sama dengan pencucian foto biasa.

b.      Digital Radiography

Tanpa film, digital radiographic image ditampilkan menggunakan phosphor screens atau flat panel berisikan micro-electronic sensors. Tanpa ruang gelap untuk proses pencucian film dan tampilan image bisa ditampilkan secara digital. Image juga tersimpan dalam bentuk digital.

Bentuk tampilan image digital radiography antara lain:

-       Computed radiography

-       Real-time radiography

-       Direct radiographic imaging

-       Computed tomography

Berikut adalah contoh gambar-gambar radiography

4.     Kelebihan dan Kekurangan

Kelebihan

-       Teknik ini tidak terbatas pada tipe material dan berat jenisnya

-       Sensitive terhadap perubahan ketebalan, korosi, cacat, dan massa jenis material

-       Bisa mendeteksi surface dan sub surface

-       Memberikan bukti hasil pengujian yang permanen

Kekurangan

-       Banyak peralatan keamanan yang perlu digunakan saat pengujian

-       Dibutuhkan keterampilan khusus untuk melakukan pengujian

-       Pengetahuan terhadap peralatan sangat penting

-       Harganya relative mahal

5.     Kesimpulan

a.       Radiographic test adalah pengujian tanpa merusak dengan memanfaatkan X-rays atau gamma rays untuk mendeteksi cacat pada material uji. Hasil pengujian akan ditampilkan dalam bentuk film atau dalam komputer

b.      Radiographic test ini membutuhkan biaya yang relative mahal, tetapi hasil pengujian yang dihasilkan sangat akurat karena dapat ditunjukan bukti dari hasil pengujiannya

2.Kurva S-N

Kurva SN mendefinisikan jumlah siklus kegagalan, N (S), ketika suatu material berulang kali bersepeda melalui berbagai stres diberikan S. Orcaflex menggunakan kurva SN untuk menghitung kerusakan dalam analisis kelelahan. Jika diperlukan Anda dapat menentukan sejumlah kurva SN yang berbeda dan menggunakannya pada jarak busur yang berbeda sepanjang garis.
Dengan setiap kurva SN Anda juga harus menentukan batas daya tahan stres yang terkait, F _L, yang merupakan kisaran stres di bawah ini yang tidak terjadi kerusakan.
Kurva SN sendiri dapat ditentukan baik oleh parameter atau meja.
Ketika kurva ditentukan oleh parameter pengguna menentukan parameter, log ₁₀ (a) dan m, dan kurva ini kemudian diberikan oleh salah satu dari rumus setara berikut:

N = a ^-m S

log ₁₀ (N) = log ₁₀ (a) - m log ₁₀ (S)

Kurva dapat berupa linear atau bi-linear, sebagaimana ditentukan oleh item data batas wilayah. Jika ini diatur ke Infinity maka kurva akan linear, jika kurva bi-linear digunakan.
Kurva bi-linear, ditentukan oleh parameter log _{10 (1),} m ₁ untuk wilayah rendah-siklus (N ≤ batas wilayah) dan log _{10 (2),} m ₂ untuk wilayah siklus tinggi (N> wilayah batas). Karena kurva harus kontinu, nilai log _{10 (2)} ditentukan oleh log _{10 (1),} m _1, m ₂ dan batas wilayah. Oleh karena itu log _{10 (2)} dilaporkan, tetapi tidak dapat diubah. Kurva SN bi-linear dengan demikian ditentukan oleh persamaan berikut:

log ₁₀ (N) = log _{10 (1)} - m ₁ log ₁₀ (S) untuk N ≤ batas wilayah

log ₁₀ (N) = log _{10 (2)} - m ₂ log ₁₀ (S) untuk N> batas wilayah

Ketika kurva ditentukan oleh tabel pengguna memberikan tabel yang sesuai nilai-nilai dari S dan N. Untuk nilai-nilai lain dari S kita menggunakan log linear interpolasi atau ekstrapolasi untuk menemukan nilai N.
Berarti efek stres dapat dicatat dengan menggunakan Goodman, Soderberg atau Gerber model .

Unit SN Curve

Parameter kurva SN masuk harus konsisten dengan unit analisis kelelahan. parameter kurva SN biasanya dikutip sehubungan dengan tekanan dalam MPa, tetapi Anda mungkin akan melakukan analisis kelelahan menggunakan beberapa unit stres lainnya. Anda dapat menangani masalah ini sebagai berikut. Pertama mengubah unit analisis kelelahan dan mengatur sistem unit menjadi pengguna, unit panjang untuk menjadi m dan kekuatan unit menjadi MN. Hal ini terkait dengan tekanan dalam MPa, sehingga Anda kemudian dapat memasukkan parameter SN dalam hal MPa. Akhirnya, mengembalikan unit untuk orang-orang yang Anda inginkan untuk analisis kelelahan. Parameter secara otomatis akan dikonversi untuk memungkinkan perubahan unit.

Curves TN

Untuk mooring kelelahan kerusakan dihitung dengan kurva TN. Ini menentukan jumlah siklus untuk kegagalan, N (T), ketika suatu material berulang kali bersepeda melalui diberikan ketegangan efektif berbagai T.
Kurva TN dapat ditentukan baik oleh parameter atau meja.
Ketika kurva ditentukan oleh parameter pengguna menentukan tiga parameter, m, k dan kekuatan referensi breaking (RBS). Kurva tersebut kemudian diberikan oleh rumus berikut:

N = k (T / RBS) ^-m

Ketika kurva ditentukan oleh tabel pengguna memberikan tabel yang sesuai nilai-nilai T dan N. Untuk nilai-nilai lain dari T kita menggunakan log linear interpolasi atau ekstrapolasi untuk menemukan nilai N.
3. Fatigue Testing – Dasar Pengujian
Fatigue secara terminologi adalah kelelahan, sedangkan dalam istilah mempunyai arti yaitu kerusakan material yang diakibatkan oleh adanya tegangan yang berfluktuasi (siklik) yang besarnya lebih kecil dari tegangan tarik (tensile) maupun tegangan luluh (yield) material yang diberikan beban konstan. Mekanisme perpatahan fatigue pada umumnya diawali dari permukaan bahan material yang lemah, yang kemudian akan merambat ke bagian tengah dan akhirnya bahan tersebut akan mengalami perpatahan. Perpatahan tersebut dapat secara tiba-tiba (catastrophic) dengan tanpa atau sedikit sekali adanya deformasi plastis.
Uji fatigue terdiri dari dua langkah yaitu memulai retakan dan perambatan retakan sampai total retak. Mayoritas umur kelehan terjadi ketika dimulai kelelahan retak dan proses kelelahan diuraikan ketika pertama kali dikontrol. Contoh ini meliputi poros mesin, roda gigi, dan poros sumbu atau batang berputar. Pada sisi lain, struktur besar atau materi komponen hampir selalu berisi sebelum adanya retakan seperti di dalam jembatan, kapal, pesawat terbang, badan pesawat terbang, dan tekanan bejana kapal. Dalam struktur yang sedemikian , mayoritas umur kelelahan dihabiskan dengan munculnya suatu pre-existing retakan dan kemudian retak keseluruhan. Proses fatigue dalam hal ini diuraikan dengan control propagasi. Di dalam laboratorium uji fatigue dilakukan pada spesimen un-cracked dimana kebanyakan dari umur fatigue dihabiskan dalam langkah inisiasi.
Komponen dan Struktur rancang-bangun sering berisi konsentrasi tekanan seperti bentuk. Kelelahan retak hampir selalu mulai pada daerah dari konsentrasi tekanan tinggi. Sebagai contoh pada gambar di bawah menunjukkan suatu kelelahan retak yang dimulai dari suatu lubang kunci di dalam suatu batang yang berputar. Pematahan permukaan komponen yang digagalkan oleh fatigue pada umumnya tegaklurus dan flat pada tekanan yang diterapkan dan sering juga menunjukkan corak beachmark punggung bukit yang ditunjukkan pada gambar berikut.

Gambar 1. Suatu batang yang berisi suatu lubang kunci akibat terjadinya fatigue ketika diuji

Uji fatigue memerlukan kendali yang akurat. Bagaimanapun, untuk baiknya menguji kita memerlukan kendali yang akurat dan ini bisa dilakukan dengan suatu mesin pembengkok yang berputar.

Gambar 2. Fatigue rotating bending machine

Di (dalam) mesin ini, suatu spesimen yang lembut silindris menjulang dan terisi dari kedua-duanya akhir menggunakan berputar menggamit/meninggalkan.

Gambar 3. Mounted fatigue specimen

Suatu berat/beban dipenjarakan dari satu sisi (menyangkut) spesimen untuk bertukar-tukar tegangan lentuk yang berpengalaman oleh permukaan spesimen. Pada awalnya, spesimen akan mengalami tegangan-tarik pada tekanan kompresi dan permukaan puncak nya pada alas/pantat nya. Tegangan lentuk maksimum pada permukaan spesimen diberi oleh persamaan :

σ = 32 M/πd³

Dimana,
σ = tegangan lentuk yang maksimum
M =momen lentuk di panampang-lintang spesimen ( weight*distance)
D = garis tengah specimen

            Fatigue (kelelahan) adalah salah satu jenis kerusakan atau kegagalan yang di akibatkan oleh beban berulang. perpatahan akibat fatigue terjadi dalam 3 fase:  1) permulaan retak  2)penyebaran retak  3) patah.

            Diperkirakan 50% - 90% (gambar 1) penyebab utama kegagalan pemakaian bahan adalah fatigue (kelelahan). ini di picu oleh retak pada bahan yang berawal dari lokasi yang paling lemah kemudian terjadi pembebanan bolak – balik sehingga keretakan tersebut menyebar dan mengakibatkan bahan itu patah.

Gambar. 1 Distribusi mode kegagalan

            3 siklus tegtangan yang umum terjadi pada fatigue (kelelahan) bahan:

A.      fluktuasi tegangan terjadi mulai dari tegangan rata-rata nol dengan amplitude yang konstan

B.      fluktuasi tegangan dimulai di atas garis rata-rata noldengan amplitude konstan

C.      fluktuasi tegangan yang acak

seperti yang ditunjukkkan pada gambar

Karakteristik kelelahan logam dapat dibedakan menjadi 2 yaitu karakteristik makro dan karakteristik mikro. Karakteristik makro merupakan ciri-ciri kelelahan yang dapat diamati secara visual(dengan mata telanjang atau dengan kaca pembesar). Sedangkan karakteristik mikro hanya dapat diamati dengan menggunakan mikroskop.

KarakteristikMakroskopis

Karakteristik makroskopis dari kelelahan logam adalah sebagaiberikut:

1. Tidak adanya deformasi plastis secara makro.

2. Terdapat tanda ’garis-garis pantai’ (beach marks) atau clam shell atau stop/arrest marks , seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2 dibawah ini.

 Gambar. 2 Permukaan patah lelah pada poros.

3. Terdapat ’Ratchet marks’  seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3 dibawah ini.

 Gambar. 3 Permukaan patah lelah dari baut akibat beban tarik.

Karakteristik Mikroskopis

Karakteristik mikroskopis dari kelelahan logam adalah sebagai berikut:

1. Pada permukaan patahan terdapat striasi (striations).

2. Permukaan patahan memperlihatkan jenis patah transgranular (memotong butir) tidak seperti jenis patah intergranular seperti yang terjadi pada kasus SCC(stress corrosion cracking) atau mulur(creep).

Persamaan striasi dan beach marks adalah sebagai berikut:

1. Ke-2 nya menunjukkan posisi ujung retak yang terjadi setiap saat sebagai fungsi dari waktu siklik.

2. Ke-2 nya berasal dari lokasi awal retak yang sama.

3. Ke-2 nya memiliki arah yang sama(parallel ridges).

4. Ke-2 nya tidak hadir pada logam-logam yang terlalu keras atauterlalu lunak.

Perbedaan striasi dan beach marks adalah sebagai berikut:

1. Ukuran striasi adalah mikroskopis (1 ÷ 100 µ) dan hanya dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop elektron.

2. Ukuran beach marks adalah makroskopis (> 1000 µ atau 1mm) dan dapat dilihat dengan mata telanjang.

3. Striasi mewakili majunya ujung retakan yang bergerak setiapsatu siklus pembebanan, sedangkan beach marks mewakili posisi dari ujung retakan ketika beban siklik berhenti untuksatu perioda tertentu. (satu beach mark dapat terdiri atasratusan bahkan ribuan buah striasi)

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI FATIGUE LIFE

 1. STRESS CONCENTRATION

Pemicu-pemicu terjadinya konsentrasi tegangan seperti fillet, notch, alur pasak, positas, inklusi dan lain-lain akan menyebabkan menurunnya umur fatigue/fatigue life. Untuk menentukan hubungan tegangan siklus untuk spesimen dengan notch, maka diperlukan tegangan nominal. Perbandingan antara fatigue limit dengan notch dan fatigue limit tanpa notch disebut fatigue norch faktor (Kt).

Atau dari nilai Kt, dapat dihitung notch sensitivitas dengan symbol q

Dimana : Kt = faktor konsentrasi tegangan

Bila kekuatan tarik , radius notch dan ukuran penampang naik, dan bila ukuran butir turun maka nilai Q akan naik.

2. DIMENSI (SIZE)

Bila ukuran spesimen bertambah maka ketahanan fatigue kadang-kadang menurun. Hal ini ada beberapa alasan, Kegagalan akibat fatigue biasanya dimulai dari permukaan. Jadi bila penambahan size dilakukan maka memberikan kemungkinan menimbulkan keberadaan cacat. Akibatnya retak berawal pada cacat tersebut.

3. EFEK PERMUKAAN

Ketahanan fatigue sangat dipengaruhi oleh kondisi permukaan. Kondisi permukaan tersebut adalah sifat permukaan seperti perlakuan permukaan seperti surface hardening dan tegangan sisa permukaan. Efek dari surface finishing atau kekasaran permukaan secara qualitatif juga mempengaruhi ketahanan fatigue suatu material seperti yang ditunjukkan pada Tabel.1.

Perlakuan-perlakuan permukaan yang akan merubah sifat mekanik permukaan juga akan mempengaruhi ketahanan fatigue bahan.

4. TEGANGAN RATA - RATA (MEAN STRESS)

Tegangan rata-rata (mean stress) juga mempengaruhi ketahanan fatigue. Tegangan ini ditunjukkan dengan amplitudo tegangan yang dinyatakan dengan ratio tegangan R = tegangan min/tegangan maks. Untuk R = -1 artinya amplitudo tegangan tarik sama dengan amplitudo tegangan tekan. Bila nilai R cendrung menjadi positif maka ketahanan fatiguenya menjadi turun. Pengaruh ratio tegangan ditunjukkan pada Gambar.6.

5. FAKTOR METALURGI YANG MEMPENGARUHI KETAHANAN FATIGUE

  UKURAN BUTIR

semakin halus ukuran butir maka ketahanan fatiguenya meningkat. Namun tidak berpengaruh pada baja tanpa notchyang mendapat perlakuan panas

  STRUKTUR MIKRO

Perubahan struktur mikro yang mempengaruhi ketahanan fatigue. Karena bila terjadi perubahan struktur mikro berarti akan terjadi perubahan fasa pada bahan, karena bervariasinya fasa-fasa pada materi maka akan memberikan perbedaan pengaruh terhadap ketahanan fatigue

  ORIENTASI

Material yang mengalami metal working seperti proses roll akan memiliki orientasi arah butir yang searah dengan pengerolan, dalam hal ini ketahanan fatigue bersifat anisotropic. Ketahanan fatigue akan meningkat bila arah pembebanan searah dengan arah pengerolan,dan akan rendah bila sebaliknya.

Grafik S-N atau Grafik Tegangan – Siklus Kegagalan (T – S)

Grafik S-N atau grafik tegangan – siklus kegagalan (T – S) adalah grafik yang didapat dari hasil pengujian fatik yang merupakan grafik hubungan antara kekuatan fatik dan jumlah siklus pembebanan. Grafik S-N memberikan banyak informasi  sifat fatik karena pada saat pengujian, dimasukkan faktor geometri, perlakuan permukaan, kondisi pembebanan, temperatur dan proses perlakuan material. Kekurangan grafik S-N adalah tidak dapat memprediksi deformasi plastis lokal dan efek dari tegangan rata-rata. Contoh grafik S-N diperlihatkan pada Gambar.9

Gambar 9. Grafik Hasil Pengujian Fatik (Fatigue Test)

Dari grafik diatas terdapat informasi mengenai karakteristik fatik dari material, sumbu horizontal menunjukkan data jumlah siklus pembebanan dan sumbu  vertikal menunjukkan kekuatan fatik. Pada rentang siklus 10⁷ sampai 10⁸  dapat diamati ada tiga buah data spesimen yang diberi tanda panah. Arti tanda ini adalah spesimen belum patah pada saat pengujian dihentikan. Kondisi ini dinamakan  batas ketahanan material dalam menerima beban fatik (endurance limit). Tingkat tegangannya dinamakan tegangan endurance (σ_e). Untuk merencanakan komponen yang memiliki umur pakai aman atau bahkan umur tak hingga maka tingkat tegangan yang diaplikasikan harus dibawah batas tegangan endurance nya.

  PERAMBATAN RETAK (CRACK PROPAGATION)

Perambatan retak adalah tahap ke2 dari ke3 tahap proses kerusakan , dalam hal ini retak tumbuh dan menjalar mencapai batas kritis. Dari data perambatan retak dari prediksi fatigue life dapat dikembangkan dengan rumus:

da/dN = C ( K)^m

dimana :

                     K  =   range faktor intensitas tegangan                          C  =   konstanta material

                           m  =   material constant,                                            da/Dn=  laju pertumbuhan retak

           

Laju perambatan retak merupakan fungsi dari faktor intensitas tegangan. Retak berawal dari  daerah yang paling lemah, kemudian berkembang seiring dengan berjalannya siklus pembebanan. Didalam suatu percobaan biasanya perambatan retak dapat diukur secara visual dengan alat teleskop, atau bisa dilakukan dengan alat ultrasonik.

Laju perambatan retak merupakan fungsi dari faktor intensitas tegangan. Retak berawal dari  daerah yang paling lemah, kemudian berkembang seiring dengan berjalannya siklus pembebanan. Didalam suatuipercobaan biasanya perambatan retak dapat diukur secara visual dengan alat teleskop.atau bisa dilakukan dengan alat ultrasonik ataupun dengan alat pengubah resistivitas listrik.

da/dN  dievaluasi pada suatu panjang retak , kemudian untuk panjang retak tersebut. Dengan mengasumsi bahwa panjang retak a pada suatu panjang konstan dan hanya tegangan yang bervariasi. Hal ini  ditunjujkkan untuk suatu kalibrasi K sederhana :

                             K   = 

                             = 

                             =  

dimana  :   

    =  range tegangan                           =  range beban

  A     =  penampang                                   a     =  panjang retak

 CIRI PATAH LELAH

secara makroskopi kegagalan akibat fatigue selalu ditunjukkan dengan adanya deformasi plastis yang sedikit yang terlihat rata dan diikuti oleh patah statik. Secara makro kegagalan akibat fatigue sering ditandai dengan adanya beach mark atau garis pantai. Beach mark adalah garis yang menunujukkan hubungan siklus selama pembebanan.

Lokasi dan bentuk dari beach mark bervariasi terhadap kondisi pembebanan.  Retak selalu dimulai dari daerah konsentrasi teganganseperti fillet dan alur pasak pada poros. Dengan bergantung pada kondisi pembebanan, maka retak awal dapat berawal dari beberapa tempat. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar.A dan B.

Gambar.A. Permukaan patah fatigue dengan multiorigin

Gambar.B. Awal retak pada selinder dinding tebal

Pengaruh kondisi pembebanan fatigue akan mempengaruhi karakteristik permukaan patahnya , seperti yang ditunjukkan pada Gambar.C

Gambar.C. Permukaan patah fatigue terhadap kondisi beban

Konfigurasi
Sebuah mesin servo hydraulic fatigue tester biasanya digunakan untuk melakukan pengujian fatigue test. Fatigue tester ini terdiri dari aktuator hidrolik dioperasikan dipasang ke bingkai beban kekakuan tinggi untuk menerapkan beban ke spesimen. Karena sistem ini hidrolik dioperasikan, adalah mungkin untuk mencapai kedua beban tinggi dan frekuensi siklik tinggi.
Sistem pengujian pada fatigue tester harus dilengkapi dengan sistem kontrol yang mampu mengendalikan tes dan pengukuran data pada frekuensi tinggi. Hal ini juga penting bahwa sistem pengukuran beban secara akurat dapat mengukur beban spesimen, dan memberikan kompensasi untuk kesalahan beban yang disebabkan oleh gerakan dinamis dari sistem pengujian.
Bahan Pengujian Fatigue Testing
Beberapa bahan khas yang dikenakan fatigue testing:
Logam
Polimer
Komposit
Elastomer
Komponen struktural
Keramik
Standar Pengujian Fatigue Testing
ASTM berikut standar berlaku untuk fatigue testing:
E1820
E399
E606
E647
Fatigue Testing – Jenis Jenis Fatigue Testing
Low Cycle Fatigue Testing
Pesawat mesin turbin rentan terhadap kelelahan low and high cycle fatigue. Low Cycle Fatigue (LCF) menggambarkan lingkungan layanan dari banyak kritis (dan terutama logam) komponen: frekuensi rendah, beban besar / strain. Lingkungan LCF khas dari pisau turbin (heat-up/cool turun bersepeda) dan daya subjek generasi lainnya peralatan untuk siklus termal dan / atau mekanis (mis. bejana tekan, pipa, dll) LCF biasanya melibatkan deformasi yang besar, sehingga terakumulasi kerusakan pada spesimen. LCF penelitian sangat penting untuk memahami kegagalan (dalam logam), untuk keperluan perencanaan dan rekayasa.
High Cycle Fatigue Testing
High Cycle Fatigue Testing Tinggi (HCF) hasil dari siklus stres getaran pada frekuensi yang dapat mencapai ribuan siklus per detik dan dapat diinduksi dari sumber mekanik yang bervariasi. Hal ini khas dalam mesin turbin pesawat gas dan telah menyebabkan kegagalan prematur dari komponen mesin utama (kipas, kompresor, turbin). Sementara LCF melibatkan plastisitas massal di mana tingkat stres biasanya di atas kekuatan luluh material, HCF dominan adalah elastis, dan tingkat stres berada di bawah kekuatan luluh material.