Prinsip – prinsip ultrasonic

Prinsip – prinsip ultrasonic

Dalam ultrasonic testing kita menggunakan sesuatu yang disebut “ultrasonic fibration” . Kita harus mengenal dua fakta tentang fibrasi: Vibrasi adalah gerakan mondar – mandir Vibrasi adalah energi dalam bentuk gerakan Depresi suatu permukaan dari posisi normalnya disebut “Pemindahan / Penggesaran”

Vibrasi melewati suatu materil yang padat sebagai perpindahan / pergesaran partikel.  Kejadian ini dapat diperlihatkan sebagai berikut:

Struktur material kenyataannya terdiri dari partikel - partikel kecil  yang banyak atau terdiri dari kelompok – kelompok atom. Partikel – partikel ini mempunyai posisi normal (istirahat). Dan dapat dipindahkan dari posisinya oleh suatu gaya bilamana gaya dihilangkan, partikel akan cenderung kembali ke posisi semula (normal). Energi yang merambat melalui material padat dengan seri suatu perpindahan material kecil dalam material tersebut. Perambatan vibrasi ultrasonic melalui suatu material berhubungan dengan sifat- sifat elastisitas material. Jika suatu permukaan metal diketuk /dipukul, permukaan bergerak kedalam dan menyebabkan perpindahan.

Selagi material bersifat elastis, permukaan akan cenderung kembali ke posisi semula (normal). Permukaan juga akan bergerak melalui posisi normal dan bergerak ke suatu jarak maksimum dan dalam arah yang berlawanan. Urutan – urutan lengkap perpindahan didefinisikan sebagai suatu siklus.

Waktu yang dibutuhkan untuk bergerak melewati suatu siklus disebut periode. Contoh : Bilamana bola yang berayun melewati jalur ABCDE dalam satu detik, kemudian periode siklus dalam satu detik. Jumlah siklus dalam satu periode tertentu disebut “frekwensi” Contoh: Bilamana bola berayun melewati tiga siklus dalam satu detik, dan frekwensinya adalah 3 siklus per detik (CPS = cycles per second) Jika suatu drum dipukul, ia akan memiliki suatu frekwensi yang cukup rendah, kira-kira sekitar 50 CPS. Note tertinggi dari piano memiliki dari piano memiliki frekwensi yang tinggi kira – kira sekitar 4100 CPS.    Satuan frekwensi dipakai untuk menunjukkan satu CPS adalah Hertz, (disingkat HZ) 1 CPS = 1 Hz 2 CPS = 2 Hz Suara bergerak dalam metal dan juga dalam udara suara adalah vibrasi dan memiliki suatu rentangan frekwensi. Manusia hanya dapat mendengar vibrasi (suara) sampai dengan 20.000 Hz (20 KHz) Bagaimanapun juga, suara dari peralatan ultrasonic kira – kira 5.000.000 HZ (5 MHZ) Vibrasi diatas kemampuan pendengaran manusia disebut vibrasi ultrasonic. Ada dua terminologi, yaitu suara dan vibrasi, selanjutnya dalam pelajaran ini akan dipergunakan dalam arti yang sama. Suara didefinisikan sebagai suatu vibrasi yang meneruskan energi oleh satu seri pergeseran material yang kecil.

Ultrasonic testing adalah suatu proses pengaplikasian suara ultrasonic terhadap benda uji dan menentukan kemulusan, ketebalan, atau sifat – sifat fisik. Energi yang asalnya dari suatu alat yang disebut “transducer” yang menyebabkan pergesaran material dalam benda uji. Transducer suatu alat yang mengkonversikan energi dari satu bentu ke bentuk lainnya. Contoh: energi listrik ke energi mekanis. Atau sebaliknya. Speaker (pengeras suara) mengkonversikan energi listrik menjadi pergerakan mekanis yang mondar – mandir.  Gambar “A” dibawah ini menggambarkan “piezoelectric effect”. Energi listrik diaplikasikan melewati dua kawat yang dihubungkan ke kristal, yang menyebabkan kristal bervibrasi. Terminology kristal dan transducer digunakan silih berganti dalam pelajaran ini

Energi listrik menyebabkan kristal berekspansi dan mengkerut memebentuk /menghasilkan vibrasi mekanis. Transducer piezoelectric juga dapat mengkonversikan energi mekanis menjadi energi listrik. Makanya transducer dapat mengirim dan menerima energi.

Energi diteruskan oleh transducer dapat berupa pulsa (pulse) atau kontinyu (continuous). Pulsed ultrasound didefinisikan sebagai kelompok pendek dari vibrasi yang diteruskan sebelumnya oleh transducer dan setelahnya, dapat berfungsi sebagai receiver . Steel, air, dan minyak akan menimbulkan ultrasound sangat baik sekali, tetapi kehadiran udara akan menimbulkan masalah.

Udara adalah media penerus ultrasound yang jelek karena kerapatan partikel cukup rendah yang akan menyulitkan meneruskan energi suara dari partikel ke partikel. Karena alasan itu diantara transducer dan benda uji diberi minyak atau gemuk. Kerapatan partikel material membantu dalam menentukan velocity (cepat lambat) suara. Velocity suara akan berubah apabila bergerak dari suatu media ke media lainnya. Seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Elasitas material juga menjadi suatu faktor.

Pada gambar, diperlihatkan bahwa bola atau bandul mewakili struktur atau bagian dalam dari udara, air dan besi. Impulse bergerak melewati deretan bandul dapat dibandingkan terhadap pulsa suara ultrasonic. Contoh praktis dari velocity suara pada material yang berbeda diperlihatkan

Pada contoh diatas akan memakan waktu cukup lama buat suara melewati/melalui air daripada melewati besi (steel). Velocity suara pada steel kira – kira empat kali lebih besar daripada dalam air. Panjang gelombang didasarkan pada jarak diantara dua urutan perpindahan.

Panjang gelombang dapat juga didefinisikan sebagai jarak.suatu gelombang merambat selama satu siklus.

Simbol panjang gelombang (λ)  disebut “lambda” Gambar di bawah ini memperlihatkan suatu transducer bervibrasi pada frekwensi yang tetap (f) dan meneruskan gelombang suara kedalam benda uji

Gelombang suara ini bergerak pda velocity yang tetap (V) melalui benda uji. Panjang gelombang dapat berubah bilamana frekwensi, dari vibrasi transducer berubah.

Contoh: Panjang gelombang dapat diperpendek dengan menaikkan frekwensi. Panjang gelombang adalah perbandingan dari velocity (nilainya tetap) dibagi dengan frekwensi (nilainya bervariabel) Pada situasi prakits, discontinuity terkecil yang dapat terdeteksi oleh ultrasonic sekitar ½ lambda (panjang gelombang) Oleh karena itu untuk mendeteksi defect yang lebih kecil diperlukan transducer yang menghasilkan frekwensi lebih tinggi. Contoh: berapa ukuran discontinuity terkecil yang dapat dideteksi pada benda uji steel dengan velocity 6 km/sec menggunakan transducer frekwensi 3 MHz

Bilamana defect terkecil yang dapat dideteksi adalah ½ λ maka jawabannya adalah 1 mm atau 0,040 inch