SJME KINEMATIKA Vol.
9 No.
2, 19 September 2024, pp 167-180 https://kinematika.
id/index.
php/kinematika SISTEM UJI TAK RUSAK BERBASIS ULTRASONIK UNTUK KONTROL
KUALITAS PADA FABRIKASI BATA TIMBAL
ULTRASONIC-BASED NON-DESTRUCTIVE TESTING SYSTEM FOR QUALITY
CONTROL IN FABRICATION OF LEAD BRICK
Rhakamerta Hijazi.
Suprijanto.
Freddy Haryanto.
Ahmad Haerudin.
Yusuf Giri Wijaya.
Jos Budi Sulistyo.
1,2,5Magister Instrumentasi dan Kontrol.
Fakultas Teknologi Industri.
Institut Teknologi Bandung.
Bandung.
Indonesia 3Program Studi Fisika.
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Institut Teknologi Bandung.
Bandung.
Indonesia 4Direktorat Pengelolaan Laboratorium.
Fasilitas Riset, dan Kawasan Sains dan Teknologi.
Badan Riset dan Inovasi Nasional.
Serpong.
Tangerang.
Indonesia 5Pusat Riset Teknologi Penerbangan.
Badan Riset dan Inovasi Nasional.
Rumpin.
Bogor.
Indonesia 1,6Pusat Riset Teknologi Analisis Berkas Nuklir.
Badan Riset dan Inovasi Nasional.
Serpong.
Tangerang.
Indonesia email: rhak001@brin.
*, supri89@itb.
, freddy@itb.
, ahma027@brin.
wijaya@brin.
, josb001@brin.
Received:
8 Juli 2024 Accepted:
24 Juli 2024 Published:
19 September Abstrak Pengujian kebocoran dalam produksi bata timbal menggunakan sumber radioaktif berisiko tinggi.
Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan sistem uji tak rusak berbasis ultrasonik guna mengurangi risiko radiasi.
Sistem ini mencakup transduser Partial Immerse Technique, papan un0rick, dan laptop.
Karena ultrasonik jarang digunakan untuk bahan timbal, diperlukan optimasi Parameter yang dioptimalkan adalah frekuensi transduser 500 KHz dan lebar pulsa 0,5 s.
Tiga kasus diuji: .
Bata timbal standar, yang memiliki kecepatan rambat 2.
156 m/s.
Bata timbal dengan cacat buatan, di mana lokasi cacat diperkirakan dengan kesalahan 16,62% , 0,44%, 9,57%, dan 6,2%.
Bata timbal dengan cacat alami, yang memiliki kesalahan estimasi lokasi cacat sebesar 1,08%.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa optimasi parameter pada sistem uji tak rusak berbasis ultrasonik berhasil dan sistem dapat digunakan untuk kontrol kualitas dalam produksi bata timbal.
Kata Kunci: Bata timbal.
PIT, un0rick, ultrasonik.
Abstract Leakage testing in lead brick production using radioactive sources is risky.
This research aims to develop an ultrasonic-based non-destructive testing system to reduce radiation risks.
The system includes a Partial Immerse Technique transducer, an un0rick board, and a laptop.
Since ultrasonics are rarely used for lead materials, parameter optimization is needed.
The optimized parameters are a transducer frequency of 500 KHz and a pulse width of 0.
5 s.
Three cases were tested: .
A standard lead brick, which had a propagation speed of 2,156 m/s.
A lead brick with artificial defects, where defect locations were estimated with errors of 16.
62%, 0.
44%, 9.
57%, and 6.
A lead brick with SJME KINEMATIKA Vol.
9 No.
2, 19 September 2024, pp 167-180 https://kinematika.
id/index.
php/kinematika natural defects, which had an estimated defect location error of 1.
The results show that optimization parameter of ultrasonic-based non-destructive testing system is successful, and system can be used for quality control in lead brick production.
Keywords: Lead brick.
Partial Immersion Technique, un0rick, ultrasonic.
DOI:10.
20527/sjmekinematika.
How to cite: Hijazi.
Suprijanto.
Haryanto.
Haerudin.
Wijaya.
, & Sulistyo.
AuSistem Uji Tak Rusak Berbasis Ultrasonik Untuk Kontrol Kualitas Pada Fabrikasi Bata TimbalAy.
Scientific Journal of Mechanical Engineering Kinematika, 9.
, 167-180, 2024.
PENDAHULUAN
Hampir setiap rumah sakit saat ini memiliki fasilitas pengobatan nuklir untuk diagnostik atau pengobatan.
Namun, penggunaan nuklir dalam kesehatan memiliki risiko besar, yang mana berkontribusi hingga 90% terhadap dosis efektif dari sumber radiasi buatan .
Untuk mengurangi risiko ini, diperlukan penahan radiasi seperti bata timbal, yang murah dan mudah didapatkan.
Ae.
Agar dapat menjamin keselamatan di sekitar fasilitas pengobatan nuklir, bata timbal yang digunakan harus memiliki kualitas yang bagus dan sesuai standar.
Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) atau sekarang bernama Badan Riset dan Inovasi Nasional (ORTN-BRIN) bertanggung jawab memastikan bata timbal dapat menahan radiasi dengan baik untuk menjaga keamanan di sekitar fasilitas pengobatan nuklir.
Namun, produksi bata timbal di Indonesia masih berskala laboratorium dengan metode konvensional, berbeda dengan fabrikasi logam lain seperti aluminium yang sudah menggunakan proses die casting.
dan squeeze casting.
Kualitas bata timbal yang diproduksi bergantung pada kemampuan teknisi.
Selain itu, metode pengecekan utama saat ini, yaitu uji kebocoran menggunakan sumber radioaktif, sulit dilakukan berulang.
Uji kebocoran yang hanya dilakukan sekali saat pemasangan awal, menambah keraguan terhadap kemampuan bata timbal dalam menahan radiasi.
Oleh karena itu, diajukan metode uji tak rusak berbasis ultrasonik yang lebih aman dan mudah sebagai tambahan untuk mendukung metode uji utama.
Uji tak rusak menggunakan metode ultrasonik umum digunakan untuk pengecekan material berbahan dasar logam seperti mendeteksi kerusakan creep pada baja di pembangkit listrik.
, mengevaluasi kualitas logam aditif pada pencetakan 3 dimensi dari bahan titanium.
, ataupun pengecekan cacat lubang pada pengelasan baja karbon yang digunakan untuk meningkatkan kompetensi dari teknisi uji tak rusak.
Namun, literatur yang membahas penggunaan ultrasonik sebagai metode uji tak rusak pada material berbahan dasar timbal masih sangat terbatas.
Oleh karena itu, diperlukan pengembangan sistem uji tak rusak berbasis ultrasonik yang khusus diterapkan pada penahan radiasi berbahan bata timbal.
Dibutuhkan beberapa penyesuaian terhadap beberapa parameter ultrasonik yang dilakukan pada material besi atau baja untuk diterapkan pada material timbal.
Penggunaan perangkat pembangkit pulsa dan akuisisi data sumber terbuka un0rick menjadi penting karena memiliki fleksibilitas dalam mengubah parameter-parameter ultrasonik.
Selain itu, permukaan bata timbal yang tidak rata akan membuat sudut pemindaian berubah-ubah.
Untuk mengakomodir permasalahan tersebut, digunakan metode Partial Immersion Technique (PIT) pada penelitian kali ini.
Pada penelitian ini, sistem uji tak rusak berbasis ultrasonik menggunakan metode analisis sinyal A-mode untuk mengevaluasi sampel bata timbal.
Evaluasi akan dilakukan melalui parameter waktu pantulan yang didapatkan oleh proses pengolahan sinyal A-mode.
Waktu pantulan tersebut juga dapat dikonversi menjadi estimasi kedalaman dari sebuah Selanjutnya, akan dihitung perbedaan antara estimasi dengan nilai sebenarnya dari SJME KINEMATIKA Vol.
9 No.
2, 19 September 2024, pp 167-180 https://kinematika.
id/index.
php/kinematika kedalaman cacat untuk mengetahui performansi dari sistem uji tak rusak berbasis ultrasonik berdasarkan error.
METODE PENELITIAN
Alur Penelitian Diagram alir dari alur penelitian yang dilakukan dapat dilihat pada Gambar 1.
Penelitian ini dimulai dari studi literatur terkait pengecoran beserta inspeksi yang dibutuhkan pada logam.
Literatur tersebut akan digunakan sebagai dasar dalam menentukan parameter-parameter ultrasonik yang akan digunakan pada bata timbal.
Beberapa literatur juga digunakan sebagai standar acuan untuk melakukan pengecoran bata timbal.
Melakukan setup hardware dan software secara Start Optimasi Parameter yang tepat melalui Studi Literatur Tidak Preparasi Sampel Tidak Apakah parameter yang didapatkan Tidak Apakah spesifikasi sampel sesuai dengan refrensi? Melakukan Mendapatkan parameter yang Apakah hasilnya bagus .
ibandingkan sampel standa.
? End Gambar 1.
Diagram alir penelitian.
Langkah selanjutnya yang dilakukan adalah persiapan sampel.
Sampel dibuat menggunakan proses casting atau pengecoran.
Pengecoran adalah sebuah proses pembuatan sebuah logam dengan bentuk tertentu dengan cara menuangkan logam cair yang dipanaskan ke dalam sebuah cetakan.
Proses pengecoran harus dilakukan sesuai dengan prosedur yang telah ditetapkan untuk menghindari timbulnya cacat produksi.
Pada pengecoran bata timbal, standar yang digunakan adalah standar ISO 7212-1986.
Terdapat 3 buah sampel bata timbal yang mewakili 3 jenis skenario uji.
Sampel pertama adalah bata timbal standar yang tidak memiliki cacat.
Bata timbal ini digunakan sebagai referensi untuk pengujian pada sampel bata timbal yang lain.
Sampel kedua adalah bata timbal dengan lubang buatan digunakan untuk mewakili kondisi cacat retakan akibat bencana alam pada saat dipasang.
Cacat retakan sangat penting untuk dievaluasi dikarenakan cacat ini dapat mengurangi kemampuan mekanik dari sebuah bata timbal.
Sampel ketiga adalah bata timbal dengan cacat alami akibat dari proses solidifikasi yang tidak sempurna.
Sampel ini mewakili kondisi dari kesalahan pada proses fabrikasi yang dimana seharusnya penurunan suhu saat solidifikasi harus dilakukan secara perlahan.
SJME KINEMATIKA Vol.
9 No.
2, 19 September 2024, pp 167-180 https://kinematika.
id/index.
php/kinematika Langkah selanjutnya adalah melakukan optimasi parameter.
Parameter yang akan dioptimasi diantaranya adalah frekuensi transduser, panjang durasi pulsa pembangkit, zona medan dekat, dan signal to noise ratio.
Optimasi parameter tersebut akan digunakan berdasarkan penggunaan uji tak rusak berbasis ultrasonik pada logam berbahan besi.
Setelah mendapatkan parameter ultrasonik yang tepat pada bata timbal, maka dilakukan pengujian pada sampel-sampel uji yang telah dicetak.
Sampel uji kedua dan ketiga akan dibandingkan dengan sampel uji pertama.
Alat dan bahan Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah pembangkit pulsa un0rick, transduser ultrasonik dengan frekuensi 1 MHz dan 500 KHz yang digunakan dengan metode PIT dan Laptop digunakan sebagai alat untuk mengirim, menerima, dan memvisualisasikan data yang diterima melalui program antar muka Python yang ditulis pada perangkat lunak Visual Studio Code.
Laptop tersebut harus menggunakan sistem operasi Linux agar dapat terhubung dengan kompatibel dengan papan un0rick melalui kabel micro-USB.
Un0rick digunakan untuk membangkitkan pulsa listrik.
Listrik tersebut akan dikenakan ke transduser ultrasonik yang berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi gelombang ultrasonik.
Gelombang ultrasonik akan merambat melalui medium pertama yaitu air dan diteruskan ke sampel uji yaitu bata timbal.
Sedangkan untuk bahan yang digunakan adalah sampel uji, serta air sebagai koplan.
Ilustrasi penggunaan alat dan bahan ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2.
Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian.
Pembuatan Sampel Uji Sampel uji yang digunakan adalah bata timbal yang di fabrikasi dengan acuan standar ISO 7212-1986.
Proses pengecoran dilakukan secara konvensional menggunakan tungku aluminium seperti yang terlihat pada Gambar 3 komponen a.
Tungku tersebut dipanaskan hingga suhu 400 AC.
Selanjutnya, suhu tungku akan diturunkan secara perlahan untuk membuat proses solidifikasi dari bata timbal menjadi kokoh dan mengangkat udara yang terperangkap di dalam bata timbal.
Hasil pengecoran bata timbal terlihat pada Gambar 3 komponen b yang dimana memiliki beberapa sebutan untuk bagian sisi bata timbal yaitu sisi atas, sisi samping, dan sisi dasar.
Terdapat tiga buah jenis sampel yang akan dicetak yang mana masing-masing sampel akan mewakili kondisi tertentu.
Sampel pertama adalah sebuah bata timbal standar yang dicetak dengan kondisi ideal tanpa cacat.
Sampel pertama ini akan dijadikan acuan untuk menentukan cacat-cacat pada bata timbal lain.
Sampel kedua adalah bata timbal mirip dengan bata timbal pertama, akan tetapi dibuat beberapa lubang buatan di bagian sisi dasar dari bata timbal untuk.
Lubang buatan tersebut akan digunakan untuk memverifikasi hasil pengukuran dari sistem uji tak rusak ultrasonik yang dikembangkan.
Sampel ketiga adalah bata timbal yang dibuat seperti bata timbal pertama dan kedua, tetapi ketika proses solidifikasi atau pendinginan, penurunan suhu yang dilakukan cukup cepat sehingga menyebabkan masih adanya gelembung udara yang terperangkap di dalam bata timbal.
Bata SJME KINEMATIKA Vol.
9 No.
2, 19 September 2024, pp 167-180 https://kinematika.
id/index.
php/kinematika timbal ketiga akan mewakili kondisi sebenarnya dari sebuah bata timbal yang cacat.
Ketiga sampel uji akan ditunjukkan pada bagian hasil dan pembahasan.
Gambar 3.
Proses pengecoran dari bata timbal dan .
produk bata timbal standar dengan penyebutan nama sisi-sisinya.
Metode Uji Tak Rusak Berbasis Ultrasonik Menggunakan PIT Gelombang ultrasonik adalah gelombang mekanik dengan frekuensi di atas 20 KHz dan hanya dapat merambat jika terdapat medium tertentu.
Pada uji tak rusak berbasis ultrasonik, gelombang ultrasonik dibangkitkan oleh sebuah transduser.
Transduser berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi gelombang mekanik.
Frekuensi transduser berbedabeda tergantung pada besar kristal dan luas permukaan transduser.
Metode yang paling umum digunakan pada uji tak rusak pada logam adalah menggunakan metode kontak berbasis pantulan balik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.
Metode ini menggunakan koplan untuk mengkompensasi perbedaan impedansi akustik antara transduser dengan Jika terdapat udara yang dimana perbedaan impedansi akustiknya terlalu jauh dengan sampel, maka gelombang akan langsung terpantul ketika mengenai permukaan pertama sampel dan tidak dapat melalui keseluruhan sampel.
Gambar 4.
Ilustrasi uji tak rusak menggunakan metode pantulan balik dengan gelombang Pada penelitian ini, wadah PIT digunakan untuk mengganti koplan untuk mengkompensasi permukaan dari bata timbal yang tidak rata.
Selain itu.
PIT dapat memastikan sudut propagasi dari gelombang ultrasonik tetap konsisten tegak lurus terhadap SJME KINEMATIKA Vol.
9 No.
2, 19 September 2024, pp 167-180 https://kinematika.
id/index.
php/kinematika permukaan bata timbal.
Sistem pemindaian yang dilakukan dapat dilihat pada Gambar 5.
Pada penelitian ini untuk kasus 1 akan dilakukan pemindaian pada satu titik yaitu titik tengah dari bata.
Pada kasus 2, akan dilakukan pemindaian sesuai dengan jumlah cacat yang terlihat.
Pada kasus 3, akan dilakukan pemindaian satu titik yaitu titik tengah.
Gambar 5.
Sistem pemindaian ultrasonik menggunakan PIT.
Transduser akan mengirimkan dan menerima pantulan balik dari gelombang Gelombang ultrasonik tersebut berasal dari sinyal listrik yang telah diatur dari papan pembangkit pulsa un0rick.
Un0rick berfungsi untuk membangkitkan sinyal listrik sekaligus melakukan akuisisi data dengan frekuensi tinggi.
Selain itu, un0rick memiliki fleksibilitas untuk mengubah parameter-parameter ultrasonik seperti lebar pulsa.
Semakin kecil lebar pulsa, maka pulsa tersebut akan mendekati bentuk impuls yang dimana adalah sinyal listrik terbaik agar transduser dapat mengeluarkan tepat dengan frekuensi natural Semakin lebar pulsa, maka frekuensi dari transduser akan menyebar dan tidak tepat pada frekuensi natural.
Pengolahan Sinyal A-mode Sinyal mentah A-mode yang telah diakuisisi oleh un0rick akan diolah terlebih dahulu untuk dilakukan analisis.
Pengolahan sinyal tersebut diilustrasikan pada Gambar 6 yang dimana terlihat bahwa pada sinyal mentah terdapat banyak sekali noise.
Oleh karena itu dilakukan filter bandpass untuk mengeliminasi noise-noise selain pada frekuensi tengah dari transduser yang digunakan, yaitu 1 MHz atau 500 KHz.
Sehingga, sinyal-sinyal lain yang berada pada frekuensi selain 1 MHz atau 500 KHz akan dihilangkan.
Selanjutnya, sinyal amode akan dilakukan rektifikasi untuk menentukan puncak maksimum dari sinyal tersebut.
Langkah terakhir adalah melakukan proses rektifikasi terhaluskan atau sering disebut sebagai enveloping.
Langkah ini berfungsi untuk melihat karakteristik sinyal agar dapat dengan mudah dibandingkan dengan sinyal lain.
Amplitudo (V) Sinyal A-mode Mentah
1,00
0,00
-1,00 Waktu .
SJME KINEMATIKA Vol.
9 No.
2, 19 September 2024, pp 167-180 https://kinematika.
id/index.
php/kinematika Amplitudo (V) Sinyal A-mode Terfilter 1,00 ycyce .
= yceycnycoycyceycyceycc.
) 0,00 -1,00 Waktu .
Amplitudo (V) Sinyal A-mode Rektifikasi
1,00
= Ooycyce .
2 0,50 0,00 Waktu .
Judul Sumbu Sinyal A-mode Terhaluskan ycyc .
1,00 ycA = Oc ycyc .
0,50
ycu=1 0,00 Waktu .
Gambar 6.
Ilustrasi pengolahan sinyal A-mode dari sebuah sistem uji tak rusak berbasis ultrasonik.
Selanjutnya, melalui sinyal A-mode tersebut dapat ditentukan nilai cepat rambat ycO = OIyc dimana d adalah tebal dari sampel yaitu 50 mm dan it adalah selisih antara waktu munculnya puncak pertama, tpuncak, dengan waktu pertama kali menerima sinyal A-mode, t0.
Pada Persamaan 1, nilai V yang dihitung dari sebuah bata timbal standar tanpa cacat pada kasus 1 akan digunakan sebagai nilai cepat rambat referensi.
Vref untuk menghitung estimasi kedalaman dari cacat pada bata timbal kasus 2 dan kasus 3.
Sehingga, didapatkan nilai estimasi cacat sebagai fungsi dari .
Vref dan selisih antara t0 dan tcacat yaitu yccycaycaycaycayc = ycOycyceyce Oo .
cycaycaycaycayc Oe yc0 ) .
Persamaan 2 akan digunakan untuk mengonversi nilai waktu pada sinyal A-mode pada kasus 2 dan kasus 3 menjadi nilai estimasi kedalaman.
Selanjutnya, nilai estimasi kedalaman akan diukur kesalahannya melalui perbandingan dengan nilai kedalaman sebenarnya.
SJME KINEMATIKA Vol.
9 No.
2, 19 September 2024, pp 167-180 https://kinematika.
id/index.
php/kinematika HASIL DAN PEMBAHASAN Optimasi Parameter Sinyal A-mode Mentah Frekuensi 500 KHz Sinyal A-mode Mentah Frekuensi 1 MHz Amplitudo (V) Amplitudo (V) Uji tak rusak pada logam berbahan dasar besi umumnya menggunakan transduser dengan rentang frekuensi 1 MHz hingga 5 MHz tergantung pada ketebalan benda dan metode yang digunakan.
Ae.
Semakin rendah frekuensi, maka daya tembus dari gelombang ultrasonik semakin dalam dan resolusi sinyal semakin buruk.
Berdasarkan pertimbangan tersebut, mengingat sampel uji memiliki ketebalan 50 mm, maka digunakan transduser dengan frekuensi terendah yaitu 1 MHz.
Akan tetapi seperti yang terlihat pada Gambar 7, sinyal A-mode pada transduser 1 MHz memiliki puncak pantulan yang sangat rendah yaitu 2,625 V, sedangkan pada transduser 500 KHz memiliki puncak yang cukup tinggi yaitu 15,6562 V.
Selain itu, terdapat noise pada transduser 1 MHz yang menyebabkan transduser 500 KHz lebih tepat untuk digunakan pada material dengan jenis bata timbal.
v=15,656 v=2,625 Waktu .
Waktu .
Gambar 7.
Perbandingan amplitudo dari sinyal A-mode dari transduser dengan frekuensi .
1 MHz dan .
500 KHz Parameter selanjutnya yang harus disesuaikan adalah lebar pulsa listrik yang dikenakan pada transduser.
Seperti yang telah diceritakan sebelumnya, transduser mengubah sinyal listrik menjadi gelombang ultrasonik.
Lebar pulsa listrik harus cocok dengan frekuensi dari transduser.
Umumnya, nilai maksimum dari periode pulsa listrik adalah setengah dari panjang frekuensi.
Sehingga, lebar pulsa maksimal yang dapat digunakan adalah 1 s.
Sehingga, lebar pulsa akan divariasikan dari 0,0625 s, 0,125 s, 0,25 s, 0,5 s, dan 1 s.
Sinyal A-mode yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 8.
SJME KINEMATIKA Vol.
9 No.
2, 19 September 2024, pp 167-180 https://kinematika.
id/index.
php/kinematika Sinyal A-mode Rektifikasi dengan variasi lebar pulsa Amplitudo (V) Waktu .
Panjang Pulsa 0.
0625 s Panjang Pulsa 0.
125 s Panjang Pulsa 0.
5 s Panjang Pulsa1 s Panjang Pulsa 0.
25 s Gambar 8.
Perbandingan sinyal A-mode variasi lebar pulsa 0,0625 s, 0,125 s, 0,25 s, 0,5 s, dan 1 s.
Nilai puncak dari sebuah sinyal A-mode dapat dihitung setelah sinyal A-mode mentah di rektifikasi agar amplitudo yang bernilai negatif menjadi positif sehingga bisa mengetahui dengan pasti berapa puncaknya.
Berdasarkan sinyal A-mode rektifikasi tersebut, maka dilakukan perhitungan mengenai nilai puncak dan nilai SNR seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.
Terlihat bahwa nilai terbaik adalah pada saat lebar pulsa bernilai 0.
5 s.
Tabel 1.
Nilai SNR dan puncak maksimum dari sinyal pantulan.
Lebar Pulsa .
SNR .
B) 0,0625 0,125 0,25 3,2238 3,2662 3,7184 4,3073 -0,3968 Nilai Puncak Pantulan(V) 2,6367 9,1057 25,7492 27,5654 12,9558 Analisis Sinyal A-mode Kasus 1 : Bata Timbal Standar Tanpa Cacat Pada analisis sinyal a-mode, akan dilakukan berdasarkan sampel uji yang telah dibuat Pada kasus 1, sampel yang digunakan adalah sampel uji tanpa cacat yang telah dibuat mengacu pada standar seperti yang terlihat pada Gambar 9 komponen a.
Hasil sinyal A-mode seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.
Pada Gambar 9 komponen c menunjukkan sinyal A-mode yang telah diproses menjadi sinyal envelope.
Pada bagian sinyal yang telah diproses, terlihat hasil envelope menunjukkan puncak sinyal berada pada 3281 s.
Jika dihitung cepat rambat gelombang yang dihasilkan, maka didapatkan 156 m/s yang dimana hampir mendekati cepat rambat gelombang ultrasonik pada timbal standar ideal yang bernilai 2.
160 m/s.
Maka dari itu, dapat dikatakan bahwa sinyal A-mode Gambar 9 valid dan dapat dijadikan acuan sebagai bata timbal standar.
Cepat rambat gelombang ultrasonik tersebut akan digunakan untuk melakukan perhitungan mengenai estimasi kedalaman cacat pada kasus 2 dan kasus 3.
SJME KINEMATIKA Vol.
9 No.
2, 19 September 2024, pp 167-180 https://kinematika.
id/index.
php/kinematika Amplitudo (V) Sinyal A-mode Envelope t=46,328 Waktu .
Gambar 9.
Sampel uji pada kasus satu dengan hasil berupa dan .
envelope dari transduser 500 KHz pada kasus 1.
Kasus 2 : Bata Timbal Dengan Cacat Buatan Pada kasus kedua, bata timbal yang digunakan adalah bata timbal yang telah dilubangi oleh mesin bor pada lokasi tertentu seperti yang terlihat pada Gambar 10.
Bata timbal ini digunakan untuk menguji apakah ultrasonik dapat mendeteksi cacat pada lokasi Sinyal A-mode envelope dari kasus 2 dapat dilihat pada Gambar 11.
Gambar 10.
Bata timbal pada kasus 2 dengan lubang bor yang telah dibuat pada lokasi tertentu.
SJME KINEMATIKA Vol.
9 No.
2, 19 September 2024, pp 167-180 Amplitudo (V) https://kinematika.
id/index.
php/kinematika t=8,1094 t=21,3594 t=34,7188 t=23,0313 Waktu .
Titik 1:Cacat 20mm Titik2:Cacat 25mm Titik3:Cacat 40mm Titik4:Cacat 10mm Gambar 11.
Sinyal A-mode envelope dari transduser 500 KHz pada kasus 2.
Jika dilakukan perhitungan mengenai estimasi kedalaman, maka akan didapatkan hasil berupa Tabel 2.
Perhitungan tersebut didapatkan dengan dasar cepat rambat pada kasus pertama.
Terlihat pada titik ke-1 seharusnya cacat berada pada lokasi 20 mm, akan tetapi pada estimasi dari gelombang ultrasonik, lokasi cacat berada pada 23,32 mm dengan error 16,62 %.
Pada titik ke-2, lokasi cacat berada di 25 mm dan estimasi dari cacat menunjukkan 25,1 mm dengan error 0,44 %.
Titik ketiga berada pada lokasi 40 mm, dan estimasi dari lokasi cacat adalah 36,17 mm dengan error 9,57 %.
Titik ke-4 berada pada lokasi 10 mm, dan estimasi cacat menunjukkan pada 9,38 mm dengan error 6,2 %.
Ratarata error dari perhitungan tersebut adalah 8,2 %.
Terlihat error yang dihasilkan berbeda-beda dari titik ke-1 hingga ke-4.
Pada titik ke-1 terdapat deviasi sebesar 3,32 mm.
Pada titik ke-2 terdapat deviasi sebesar 0,1 mm.
pada titik ketiga terdapat deviasi sebesar 3.
83 mm.
Pada titik ke-4 terdapat deviasi sebesar 62 mm.
Hal tersebut disebabkan oleh diameter lubang simulasi cacat yang dinilai masih terlalu besar yaitu 6 mm.
Hal tersebut menyebabkan cacat dengan titik pusat, d, akan dideteksi pada jarak d-rlubang < d < d rlubang atau d-3 mm < d < d 3mm.
Sehingga, pengukuran kedalaman cacat pada titik ke-1, 2, dan 4 dapat dikatakan masih bagus karena berada dalam area cacat dengan deviasi A3 mm.
Akan tetapi, hasil pengukuran titik ke-3 terlihat buruk.
Nilai estimasi cacat berada diluar dari deviasi yang diperbolehkan.
Hal tersebut disebabkan karena titik ke-3 memiliki kedalaman 40 mm.
Sementara itu, gelombang ultrasonik semakin lama merambat ke titik paling dalam, maka energi yang dimiliki gelombang tersebut akan semakin berkurang.
Hal tersebut menyebabkan kesalahan perhitungan dari titik ke-3.
Solusi dari permasalahan tersebut dapat digunakan metode Time Gain Compensation (TGC).
Tabel 2.
Estimasi kedalaman cacat dari tiap titik pemindaian pada kasus 2.
Titik Waktu pantulan .
(%) SJME KINEMATIKA Vol.
9 No.
2, 19 September 2024, pp 167-180 https://kinematika.
id/index.
php/kinematika Kasus 3 : Bata Timbal Dengan Cacat Alami Pada kasus ke-3, bata timbal yang digunakan adalah bata timbal dengan cacat alami dikarenakan solidifikasi yang tidak sempurna seperti yang digambarkan oleh garis putusputus berwarna kuning pada Gambar 12 komponen a.
Sinyal A-mode yang dihasilkan terlihat pada Gambar 12 komponen b.
Terlihat puncak dari echo bagian bawah sampel berada pada detik ke 49.
1094 s.
Sehingga, dapat kita pergeseran puncak bagian bawah dengan referensi berada pada sekitar 2.
7188 s.
Selanjutnya, dapat dihitung estimasi cacat berada pada kedalaman 26.
77 mm.
Deviasi nilai estimasi kedalaman cacat tidak terlalu jauh dibandingkan dengan lokasi cacat pada sampel berada pada kedalaman cacat 27 mm dengan error bernilai 1,08 %.
Amplitudo (V) t=27,796 Waktu .
Gambar 12.
Tampak nyata dari bata timbal kasus ketiga dengan cacat alami diakibatkan solidifikasi tidak sempurna yang ditandai garis putus-putus berwarna kuning dan .
sinyal envelope dari transduser 500 KHz.
KESIMPULAN
Telah dilakukan penelitian untuk mengembangkan sebuah sistem uji tak rusak berbasis ultrasonik untuk deteksi cacat pada bata timbal.
Parameter-parameter ultrasonik yang diperoleh diadopsi dari penggunaan uji tak rusak berbasis ultrasonik pada logam berbahan dasar besi.
Parameter-parameter ultrasonik yang didapatkan di antaranya adalah frekuensi transduser yang tepat pada bata timbal adalah 500 KHz dengan lebar pulsa 0.
5 s.
Setelah mendapatkan parameter-parameter ultrasonik, maka parameter-parameter tersebut digunakan untuk menguji tiga buah sampel yang telah di fabrikasi sebelumnya menggunakan metode pengecoran konvensional.
Pada kasus pertama digunakan bata timbal standar dengan kondisi ideal tanpa cacat.
Hasil yang didapatkan pada kasus pertama adalah cepat rambat gelombang ultrasonik dari sebuah bata timbal bernilai 2.
156 m/s yang dimana hampir mendekati cepat rambat ideal dari timbal dengan nilai 2.
160 m/s.
Cepat rambat tersebut akan digunakan sebagai dasar untuk melakukan estimasi kedalaman cacat.
Pada kasus kedua digunakan bata timbal dengan cacat buatan berupa lubang bor yang berada pada beberapa lokasi tertentu dengan kedalaman 10 mm, 20 mm, 25 mm, dan 40 mm.
Hasil pengukuran dan perhitungan dari sistem ultrasonik menyebutkan bahwa estimasi lokasi cacat titik ke-1 berada pada 23,32 mm dengan error 16,62 %, estimasi lokasi cacat pada titik ke-2 adalah 25,1 mm dengan error 0,44 %, estimasi lokasi cacat titik ketiga adalah 36,17 mm dengan error 9,57 %, dan estimasi lokasi cacat titik ke-4 adalah 9,38 mm SJME KINEMATIKA Vol.
9 No.
2, 19 September 2024, pp 167-180 https://kinematika.
id/index.
php/kinematika dengan error 6,2 %.
Rata-rata error dari perhitungan tersebut adalah 8,2 %.
Terdapat deviasi antara lokasi cacat yang asli dengan estimasi cacat dari gelombang ultrasonik.
Akan tetapi hal tersebut masih dapat diterima selama deviasi cacat masih bernilai -rlubang < d < rlubang atau -3 mm < d < 3mm.
Sedangkan pada kasus ketiga dengan bata timbal dengan cacat alami karena solidifikasi tidak sempurna menghasilkan estimasi cacat 26.
77 mm dengan error bernilai 1,08 %.
Beberapa aspek yang dapat dikembangkan selanjutnya adalah meningkatkan resolusi dari transduser.
Resolusi aksial berpengaruh terhadap kualitas puncak pantulan dari sinyal A-mode.
Resolusi aksial dapat diperbaiki dengan penggunaan Time Gain Compensation (TGC).
Metode ini akan memberikan amplifikasi kekuatan sinyal yang ketika semakin lama semakin melemah menjadi tetap kuat.
Aspek lain yang dapat diperbaiki adalah akurasi dari sistem mengingat error yang dihasilkan masih cukup besar diakibatkan diameter lubang simulasi cacat yang cukup besar.
Akurasi sistem dapat ditingkatkan dengan memperkecil diameter lubang simulasi cacat pada bata timbal dan diuji ulang untuk melihat kemampuan maksimal dari sistem.
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih kepada Institut Teknologi Bandung (ITB) atas bantuan berupa alat pada penelitian ini.
Terima kasih kepada Lembaga Pengelolaan Dana Pendidikan Republik Indonesia (LPDP RI) atas bantuan berupa dana riset pada penelitian ini.
REFERENSI