Tugas Mata Kuliah Metalurgi Paper Non Destructive Test dengan Metode X-Ray (Radiography)

Non Destructive Testing

A.   Pengertian Non Destructive Test

NDT atau Non Destructive Testing (Uji Tak Rusak) adalah salah satu metode pengujian yang dapat dilakukan pada suatu material, komponen, struktur, atau mengukur beberapa karakteristik tanpa harus merusak material atau komponen yang di uji tersebut. Dengan kata lain Non Destructive Test digunakan untuk memeriksa atau mengukur tanpa membahayakan/merusak material uji.

Saat ini mengetahui bahan atau struktur teknik tanpa merusak sifatnya sangat penting, seperti pengendalian kualitas produk, analisis kegagalan. Evaluasi semacam ini dapat dilakukan dengan metode Non destructive test (NDT). Hal ini dikarenakan sangat dibutuhkan suatu teknologi yang mampu untuk memeriksa dan mengukur bahan atau struktur tanpa merusak permukaannya.

Pengujian NDT yang berhasil dapat memungkinkan penentuan dan karakteristik kondisi material dan kekurangannya mungkin bisa menyebabkan pesawat jatuh, reaktor gagal, kereta api tergelincir, jaringan pipa meledak, dan berbagai peristiwa yang tidak terlihat secara kasat mata. Namun dalam memahami teknik teknik pada NDT ini umumnya membutuhkan keterampilan operator yang cukup handal dan menafsirkan hasil tes secara akurat yang mungkin sulit dilakukan karena hasilnya bisa subjektif ataupun multitafsir.

Saat ini NDT digunakan untuk membantu dalam pengembangan suatu produk, untuk memilih/mensortir material, untuk memonitor, mengimprove/meningkatkan atau mengendalikan proses pembuatan suatu material/komponen, untuk memverifikasi proses yang sesuai telah dilakukan dengan baik seperti perlakuan panas, untuk memverifikasi perakitan yang sesuai telah dilakukan, untuk memeriksa kerusakan pada saat service/penggunaan.

B.   Beberapa Keuntungan Menggunakan Metode NDT:

1.      Tidak Mengganggu Proses Produksi.

2.      Waktu Pelaksaan Yang Cepat.

3.      Dapat Mencegah Kegagalan Suatu Produksi.

4.      Biaya Yang Relatif Murah.

C.   Jenis Jenis NDT:

1.      Visual Inspection

2.      Liquid Penetrant Testing

3.      Magnetic Particle Testing

4.      Ultrasonic Testing

5.      Radiographic Testing

6.      Eddy Current Testing

SINAR X (X-RAY)

A.    Pendahuluan

Sinar-X adalah gelombang elektromagnetis dengan panjang gelombang antara 0,01 nm clan 0,003 nm. Gelombang ini dihasilkan oleh tabung Coolidge. Tabung ini terdiri alas filamen yang dipanaskan dalam tabung gelashampa. Filamen yang dipanaskan (kathode) melepaskan elektron yang dipercepat bergerak menuju target tungsten (anode) oleh adanya perbedaan potensial melebihi 100 kV. Dari energi yang timbul karena benturan keras itu, 99 % berubah menjadi panas clan sekitar 1 % menjadi sinar-X melalui perubahan selubung elektron tungsten.

Sinar-X ditemukan oleh Wilhelm Conrad Rontgen seorang berkebangsaan Jerman pada tahun 1895. Penemuanya diilhami dari hasil percobaan percobaan sebelumnya antara lain dari J.J Thomson mengenai tabung katoda dan Heinrich Hertz tentang foto listrik. Kedua percobaan tersebut mengamati gerak electron yang keluar dari katoda menuju ke anoda yang berada dalam tabung kaca yang hampa udara. Pembangkit sinar-X berupa tabung hampa udara yang di dalamnya terdapat filament yang juga sebagai katoda dan terdapat komponen anoda. Jika filamen dipanaskan maka akan keluar elektron dan apabila antara katoda dan anoda diberi beda potensial yang tinggi, elektron akan dipercepat menuju ke anoda. Dengan percepatan elektron tersebut maka akan terjadi tumbukan tak kenyal sempurna antara elektron dengan anoda, akibatnya terjadi pancaran radiasi sinar-X. Pemanfaatan sinar-X di bidang kedokteran nuklir merupakan salah satu cara untuk meningkatkan kesehatan masyarakat. Aplikasi ini telah cukup beragam mulai dari radiasi untuk diagnostic, pemeriksaan sinar-X gigi dan penggunaan radiasi sinar-X untuk terapi. Radioterapi adalah suatu pengobatan yang menggunakan sinar pengion yang banyak dipakai untuk menangani penyakit kanker.

Alat diagnosis yang banyak digunakan di daerah adalah pesawat sinar-X (photo Rontgen) yang berfungsi untuk photo thorax, tulang tangan,kaki dan organ tubuh yang lainnya. Alat terapi banyak terdapat di rumah sakit-rumah sakit perkotaan karena membutuhkan daya listrik yang cukup besar. Di negara maju, fasilitas kesehatan yang menggunakan radiasi sinar-X telah sangat umum dan sering digunakan. Radiasi di bidang kedokteran membawa manfaat yang cukup nyata bagi yang menggunakannya. Dengan radiasi suatu penyakit atau kelainan organ tubuh dapat lebih awal dan lebih teliti dideteksi, sementara terapi dengan radiasi dapat lebih memperpanjang usia penderita kanker atau tumor

B.     DASAR PERCOBAAN SINAR-X

Peristiwa terjadinya sinar-X diawali dari percobaan Heinrich Hertz pada tahun 1887 dengan menggunakan tabung hampa yang berisi katoda dan anoda. Katoda dan anoda dihubungkan dengan sumber listrik E. Pada tegangan, E, yang rendah tidak ada arus elektron dari katoda ke anoda yang dapat dilihat dari galvanometer. Pada saat katoda disinari gelombang pendek elektromagnetik ternyata dari katoda keluar elektron menuju anoda yang diamati dari galvanometer. Arus yang terbaca di Galvanometer adalah arus yang sangat kecil dalam order mikro ampere. Peristiwa di atas disebut dengan efek foto listrik. Kecuali disinari dengan gelombang pendek elektron dapat keluar dari katoda dengan cara dipanaskan sehingga terjadi emisi thermis. Jadi dengan cara dipanaskan atau diberi gelombang pendek elektromagnetik katoda dapat memancarkan elektron lebih banyak[2]. Makin pendek gelombang elektromagnetik yang menumbuk katoda, maka makin besar arus yang mengalir dan sebaliknya makin panjang gelombangnya, makin kecil arus yang terbaca di galvanometer. Hal demikian dapat dipahami karena bila gelombang elektromagnetik panjang gelombangnya makin pendek berarti frekuensinya makin besar dan energinya juga makin besar[2]. Gambar 1. menunjukkan alat foto listrik. Gambar 1. Alat Foto Listrik[2] Karakteristik gelombang elektromagnetik ditentukan oleh panjang gelombang, frekuensi, dan kecepatan. Kecepatan rambat gelombang elektromagnetik di udara untuk semua panjang gelombang adalah sama yaitu sama dengan kecepatan dalam ruang hampa c = 3 1010cm/det.

C = v × λ (1)

dengan:    c : Kecepatan rambat dalam hampa (cm/det)

v : Frekuensi gelombang (cycle/det)

λ : Panjang gelombang, (cm)

Pemancaran energi radiasi elektromagnetik oleh sumbernya tidak berlangsung secara kontinyu melainkan secara terputus-putus (diskrit), sehingga berupa paket yang harganya tertentu yang disebut dengan kuanta/foton. Besar energi kuanta tergantung pada frekuensi gelombang.

Sumber sinar dalam Radiographi

Salah satu sumber sinar dalam uji Non-Destructive Test ialah sinar X. Sinar X merupakan gelombang elektrostatik pada spectrum elektrostatik dengan rentang frekuensi yang lebih besar dari radiasi ultraviolet. Sinar Gamma bias anya memiliki frekuensi yang lebih besar dari Sinar X. Perbedaan utama antara Sinar X dan Sinar Gamma adalah pada asal radiasinya dimana Sinar X biasanya hasil buatan dengan menggunakan X-ray Generator dan radiasi Gamma adalah produk dari bahan radioaktif.

Mesin X-ray menghasilkan sinar X ketika energy electron yang tinggi menumbuk sejumlah material atomik. Seperti fenomena yang dapat dilihat dalam tabung X-ray, yang dapat dilihat dalam gambar.

Tabung X ray terdiri dari kaca yang dipasangi oleh dua elektroda (katoda dan anoda). Katoda sebagai penyedia sumber electron. Elektron pertama kali digerakan dengan memberikan tegangan tinggi sepanjang katoda dan anoda, lalu berakhir di benda padat dalam anode.

Hasil dari akhir dari pergerakan electron berada pada generator X ray. Kemudian X ray akan dipancarkan dalam pancaran bentuk kerucut atau sebagai pancaran sinar 360 derajat berdasarkan bentuk benda padat tersebut. Hasil atau jumlah X ray bergantung pada voltase dan arus pada tabung yang mempengaruhi jumlah electron terpancar dan menghantam benda uji.

Sifat-sifat sinar X-Ray

X-Ray maupun gamma rays adalah radiasi elektro magnetik yang memiliki sifat-sifat seperti :.

1.      Tidak dapat dilihat (invisible).

2.      Tidak dapat dirasakan oleh panca indra manusia.

3.       Menyebabkan material berpendar. Material berpendar adalah zinc sulfide, calcium tungstate, diamond, barium platinocyanide, napthalene, anthracene, stilbene, thalium activated sodium iodide, dan lain-lain.

4.      Bergerak dengan kecepatan cahaya(3 x 1010 cm/det).

5.      Berbahaya untuk sel makhluk hidup.

6.       Menyebabkan ionisasi. Radiasi tersebut memisahkan atom dari gas,menghasilkan ion positif (+) dan negative (-).

7.      Bergerak lurus. Ketika menjadi gelombang elektro magnetik, X-rays dapat dipantulkan, dibiaskan, and didifraksi.

8.      Memenuhi sifat hokum kuadrat terbalik radiasi. Berdasarkan jumlah intensitas X-Ray pada titik berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antara sumber sinar dan titik tersebut.

 I   :Intensitassinarradiasi
R : jarakintensitasterhadapsumber.

9.      Dapat menembus (penetrasi) material yang tak dapat ditembus oleh cahaya. Penetrasi bergantung pada energi radiasi, rapat jenis dan ketebalan material.

10.  Berkas mempengaruhi emulsi photograpic.

11.   Ketika melewati material, berkas dapat terserap atau tersebar.

Sifat (7), (8), (9), (10), (11) kebanyakan dipakai dalam bidang perindustrian.

Non Destructive Testing Metode X Ray

Radiography adalah bagian dari Non Destructive Test (NDT) yang menggunakan sinar x atau sinar gamma yang dapat menembus hampir semua logam kecuali timbal dan beberapa material padat sehingga dapat digunakan untuk mengungkap cacat atau ketidaksesuain dibalik dinding metal atau di dalam bahan itu sendiri.

Gambar 1. Bentuk Alat Uji Radiography Test

Prinsip Kerja Radiography Test

Dalam test X-Ray (Radiografi), benda yang akan diuji diletakan diantara sumber radiasi dan film (atau detector). Perbedaan rapat massa material dan ketebalan benda uji tersebut akan menipiskan (berkurang) radiasi penetrasi sepanjang proses interaksi yang memerlukan penyebaran dan penyerapan. Perbedaan penyerapan berkas sumber radiasi akan diserap oleh film atau pada alat elektronik. Dalam radiologi industry, terdapat beberapa metode yang tersedia, maupun teknik untuk menampilkan hasil gambar uji. Contohnya Film Radiography, Real Time Radiography (RTR), Computed Tomography (CT), Digital Radiography (DR), dan Computed Radiography (CR).

Intensitas Radiasi akan berubah tergantung dari tebal material dan Density Material sehingga akan menghasilkan bayangan yang berbeda pada film hasil Radiography Test

Gambar 2. Prinsip Kerja Radiography Test

Kelebihan dan Kekurangan Radiography Test

Kelebihan :

1.      Mampu mendeteksi cacat permukaan logam weld(lasan) atau Raw Material.

2.      Bisa menyajikan data yang terecord

3.      Cacat yang tampak pada film 1:1

4.      Dapat dioperasikan pada posisi-posisi yang sulit

Kekurangan :

1.      Dibutuhkan Personil (orang) yang sudah berkualifikasi (Certified Personnel as ASNT requirement)

2.      Biaya pengujian lebih mahal dibandingkan DPT, UT, dan MT

3.      Bahaya radiasi sinar X dan Sinar Gamma