Modes of ultrasonic travel

Modes of ultrasonic travel Velocity dapat didefinisikan sebagai jarak suatu gelombang akan merambat melalui suatu media dalam suatu satuan waktu, biasanya detik. Kecepatan gelombang tetap konstan melalui suatu media.

Dibawah ini adalah table impedansi, velocity dan density. Informasi ini akan berguna pada akhir pelajaran ini untuk perhitungan dasar – dasar ultrasonic.

ACOUSTIC SOUND Material Impedance (gram/cm2-sec) Velocity (cm/sec) Density (gram/cm3) Air 0.000033 x 106 0.33 x 105 0.001 Water 0.149 x 106 1.49 x 105 1.00 Aluminium 1.72 x 106 6.35 x 105 2.71 Steel 4.56 x 106 5.85 x 105 7.8

Gelombang ultrasonic dipantulkan bilamana menabrak suatu media yang berbeda impedansi akustiknya. Permukaan yang mengakibatkan pantulan ini disebut “Interface”. Interface adalah batas umum antara dua material atau fase, seperti aluminium dengan steel atau air dengan steel. Pancaran energi mencapai suatu interface dihubungkan sebagai suatu gelombang sudut datang. Dimana gelombang menabrak interface disebut sebagai “Sudut datang” seperti diperlihatkan dibawah ini.

Gelombang datang disebut memiliki normal incidence bilamana arah perambatannya tegak lurus terhadap interface. Seperti terlihat dibawah ini, bahwa sudut dating sama dengan nol.

Sebagian energi gelombang menabrak interface akan diteruskan melewati interface, dan sebagainnya akan dipantulkan pada sudut datang. Jumlah pantulan tergantung kepada perbangdingan impedansi akustik diantara dua media yang terlibat. Factor refleksi akan dibicarakan secara detail pada pelajaran berikutnya. Sudut pantul pada suatu interface atau bidang selalu sama dengan sudut datang. Sudut “A” = sudut “B”.

Vibrasi ultrasonic bergerak dalam banyak mode dan yang terkenal adalah: longitudinal (compression) shear (transverse) surface (rayleigh) plate (lamb) Setiap mode gelombang memiliki fungsi khusus dalam ultrasonic inspection dan penting sekali untuk dimengerti secara menyeluruh. Gelombang longitudinal (compression) mempunyai vibrasi partikel dalam suatu gerakan mondar – mondir dan searah dengan perambatan gelombang. Pertimbangan bahwa semua material tersebut dari atom – atom yang tersusun pada garis lurus membentuk “lattice structure”, bilamana menabrak sisi lattice, reaksi rantai dari gerakan partikel menghasilkan gelombang longitudinal.

Gelombang shear (transversal) mempunyai vibrasi partikel tegak lurus terhadap arah gerakan gelombang. Gelombang transversal tidak akan bergerak melewati cairan atau gas. Pada sebagian material, velocity gelombang transversal kira – kira ½ dari gelombang longitudinal. Makanya panjang gelombang lebih pendek (kira- kira ½) dan discontinuity yang akan terdeteksi lebih kecil

Mode conversion terjadi bilamana pancaran suara menambrak suatu interpret diantara dua media yang sudutnya tidak pada 900 Mode conversion yang ditampilkan di bawah ini menghasilkan dua pantulan pancaran. Satu pancaran terdiri dari gelombang longitudinal dan pancaran lainnya adalah gelombang transversal.

Transducer pancaran sudut ultrasonic menggunakan contoh berikut ini. Gelombang transversal yang dibiaskan berguna dalam teknik inspeksi “Sudut bias” adalah sudut yang terjadi diantara pancaran bias sewaktu memasuki medium yang kedua denan suatu garis tegak lurus terhadap interface.

“Hukum Snellius” dapat digunakan untuk menentukan hubungan sudut diantara media baik untuk gelombang longitudinal dan gelombang transversal.

Ø1   =   angle of incidence V1    =   velocity in first medium Ø2   =   angle of refraction V2     =   velocity in second medium

Berikut ini adalah contoh menghitung sudut bias untuk suatu gelombang longitudinal yang melewati interface antara air dan steel Sudut datang = 100 Velocity air = 1,49 km/sec. Longitudinal steel = 5,85 km/sec

Bilamana sudut datang naik maka sudut bias akan naik. Bilamana sudut bias dari gelombang longitudinal mendekati 900 gelombang muncul dari medium kedua dan bergerak sejajar terhadap interface atau permukaan. Kejadian ini disebut sudut krits pertama lebih rendah kira- kira diatas 280 dengan interface diantara lastik dan steel, hanya gelombang transversal yang diteruskan kedalam benda uji.

Jika sudut datang dinaikkan melewati sudut kritis pertama, hanya gelombang transversal yang dibangkitkan dalam benda uji. Bilamana sudut bias gelombang transversal 900, maka sudut kritis kedua telah tercapai atau lebih, dimana menghasilkan gelombang permukaan. Seperti diperlihatkan pada contoh di bawah ini, adalah total pantulan untuk gelombang longitudinal dan gelombang transversal. Dengan suatu interface antara plastic dan steel kejadian ini terjadi pada 580.

Bilamana pancaran datang adalah pada sudut kritis kedua, akan terjadi tipe gelombang ketiga yang disebut gelombang permukaan atau rayleigh. Seperti terlihat pada gambar di bawah ini, gelombang bergerak dengan gerakan partikel yang membentuk eliptikal. Gelombang permukaan berguna dalam mendeteksi crack permukaan tetapi penetrasinya kira – kira 1 λ.

Pada gambar di bawah ini gelombang permukaan memiliki kemampuan mengikuti keliling permukaan selagi kelilingnya tidak ada permukaan yang tajam, gelombang permukaan hampir dapat diserap secara sempurna, oleh pengaruh couplant atau sentuhan jari pada permukaan benda uji dihadapan transducer.

Gelombang pelat atau lamp memiliki kemampuan merambat melalui pelat tipis dalam variasi mode gelombang tergantung pada ketebalan pelat, frekwensi transducer dan sudut datang. Gelombang pelat dibangkitkan dengan menggunakan gelombang longitudinal yang menghasilkan baik gelombang symmetrical atau assymetrical seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Gelombang pelat menempati kesuluruhan ketebalan benda uji. Tanpa menjenuhkannya, gelombang tidak akan terjadi.

Untuk merambatkan gelombang pelat, atur sudut dating ke titik dimana pantulan maksimum diamati pada layar CRTdari suatu reflector. Adalah tidak mungkin merambatkan gelombang permukaan atau transversal pada material yang lebih tipis daripada ½ λ. Oleh karena itu gelombang pelat berguna seperti pada contoh di bawah ini.