Mengapa Batang Titanium Memerlukan Deteksi Cacat Volumetrik
Titanium dan paduannya memiliki kepadatan sekitar 4,43 g/cm3 dengan kekuatan spesifik yang tinggi dan ketahanan terhadap korosi yang sangat baik, itulah sebabnya batangan, batangan, dan kawat banyak digunakan untuk pengencang pesawat, implan medis, poros pompa, pipa penukar panas, dan perangkat keras proses kimia. Batangan titanium biasanya dipesan sesuai ASTM B348, suatu spesifikasi yang mengontrol sifat kimia dan mekanik tetapi tidak dengan sendirinya membuktikan bahwa bagian dalam batangan tersebut kokoh. Oleh karena itu, pesanan pembelian dirgantara, medis, dan nuklir menambahkan kelas penerimaan ultrasonik di atas spesifikasi material.
Diskontinuitas internal menjadi alasannya. Inklusi alfa keras, rongga penyusutan, putaran penempaan, dan porositas garis tengah dapat bertahan selama proses penggulungan dan penempaan tanpa menghasilkan indikasi permukaan yang terlihat, namun hal tersebut bertindak sebagai penambah tegangan pada bagian-bagian kritis kelelahan. Pengujian ultrasonik mendeteksi fitur tersebut secara volumetrik, karena suara frekuensi megahertz merambat melalui titanium padat dengan redaman rendah dan memantulkan dengan kuat di mana pun impedansi akustik berubah, misalnya pada ruang kosong, celah, atau penyertaan.
Bagaimana Metode Ultrasonik Bekerja
Inspeksi industri menggunakan gelombang dalam rentang megahertz rendah, biasanya 2,5 MHz hingga 10 MHz. Frekuensi yang lebih tinggi menghasilkan panjang gelombang yang lebih pendek, resolusi yang lebih baik, dan pancaran sinar yang lebih sempit, namun tersebar lebih banyak berdasarkan struktur butiran; frekuensi yang lebih rendah menembus bagian yang lebih tebal dengan kebisingan struktural yang lebih sedikit. Untuk batangan titanium yang ditempa atau digulung, panjang gelombangnya cukup pendek untuk menyelesaikan reflektor skala milimeter namun tetap cukup panjang untuk melewati struktur mikro tanpa redaman berlebihan.
Dua pengukuran mendorong inspeksi. Waktu pancaran gema, dikombinasikan dengan kecepatan suara material, menghasilkan kedalaman reflektor dari hubungan kedalaman=kecepatan x waktu / 2, dengan faktor dua yang menentukan perjalanan pulang pergi. Amplitudo sinyal yang dikembalikan berhubungan dengan ukuran permukaan pantulan, sehingga diskontinuitas yang lebih besar akan menghasilkan lebih banyak energi. Ukuran cacat yang setara dibaca dari kurva amplitudo versus jarak yang dibangun dengan reflektor referensi geometri yang diketahui.
Kecepatan gelombang longitudinal pada paduan titanium adalah sekitar 6.100 m/s, dan kecepatan gelombang geser sekitar 3.100 m/s untuk grade Ti-6Al-4V. Nilai-nilai ini diukur pada blok referensi dengan kualitas yang sama, karena kecepatan sedikit berbeda dengan kandungan paduan, tekstur dan perlakuan panas, dan kesalahan kecepatan satu persen menjadi kesalahan kedalaman satu persen.
Mode Gelombang dan Pemilihan Probe
| Modus gelombang | Frekuensi tipikal | Sasaran deteksi |
|---|---|---|
| Balok memanjang dan lurus | 2,5 hingga 10MHz | Kekosongan internal, inklusi, porositas garis tengah |
| Geser, balok sudut | 2 hingga 5 MHz, irisan 45 hingga 70 derajat | Retakan radial, putaran, cacat bawah permukaan |
| Gelombang permukaan | 2 hingga 5MHz | Cacat pecahnya permukaan pada batangan yang sudah jadi |
| Elemen ganda, balok lurus | 2 hingga 5MHz | Dekat zona permukaan yang dekat dengan permukaan masuk |
Pilihan probe mengikuti geometri produk. Batang berdiameter kecil mendapat manfaat dari probe elemen terfokus atau ganda yang mengurangi zona mati di dekat permukaan masuk, sementara batang berdiameter besar diperiksa dengan serangkaian probe sinar lurus dan sudut yang bekerja dari permukaan silinder dan dari kedua ujungnya. Pemilihan couplan juga penting: air, minyak ringan, dan gliserin semuanya digunakan, dan couplan harus membasahi permukaan secara konsisten sehingga kehilangan kopling tidak hilang selama pemindaian yang lama.
Kriteria Kalibrasi dan Penerimaan
Pemindaian gema pulsa kontak mengikuti ASTM E114, yang menjelaskan pemeriksaan ultrasonik gema pulsa dengan metode kontak dan mencakup linearitas instrumen, interval kalibrasi, dan cakupan pemindaian. Blok referensi dibuat dan diverifikasi berdasarkan ASTM E127, praktik pembuatan dan pemeriksaan blok referensi ultrasonik yang menentukan reflektor lubang dasar datar yang digunakan untuk mengatur sensitivitas dan membangun kurva amplitudo jarak.
ASTM E2375, praktik pemeriksaan ultrasonik pada produk tempa, menyediakan kerangka kerja umum untuk inspeksi batangan dan billet, termasuk persyaratan untuk kecepatan pemindaian, cakupan, dan dokumentasi. AMS 2631 menetapkan kelas penerimaan untuk inspeksi ultrasonik batang titanium dan biasanya dikutip oleh produsen pesawat terbang dan mesin, dengan setiap kelas membatasi ukuran indikasi maksimum yang diizinkan dan jumlah indikasi yang dapat ditolak dalam volume tertentu. Kelas, tingkat pencatatan dan batas penerimaan semuanya harus dicantumkan dalam pesanan pembelian, karena batang yang sama dapat lulus satu kelas dan gagal pada kelas yang lebih ketat.
Aplikasi Industri Khas
Pengencang struktural pesawat dan perangkat keras mesin, di mana penyertaan tersembunyi dapat memicu retakan kelelahan.
Implan medis dan blanko instrumen, yang kesehatan internalnya mendukung masa pakai lelah dan finishing permukaan yang bersih.
Poros pabrik kimia dan desalinasi serta komponen pompa terpapar klorida.
Pembangkit listrik dan batangan tingkat nuklir yang memerlukan catatan inspeksi volumetrik yang terdokumentasi.
Batangan bahan baku manufaktur aditif digunakan untuk memproduksi elektroda dan kawat.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
T: Mode gelombang ultrasonik manakah yang terbaik untuk cacat internal pada batang titanium?
Gelombang sinar lurus memanjang merupakan pilihan standar untuk rongga internal, inklusi, dan porositas garis tengah, karena gelombang tersebut merambat sepanjang sumbu batang dan memantulkan secara efisien dari cacat yang terletak normal pada balok.
T: Mengapa pengujian gelombang geser juga diperlukan?
Gelombang geser berkas sudut melintasi diameter dan mencegat cacat radial dan miring yang tidak dapat dilewatkan oleh berkas lurus, sehingga sebagian besar spesifikasi batang menggabungkan kedua mode dalam satu urutan pemindaian.
T: Bagaimana ukuran cacat dinyatakan?
Indikasi dibandingkan dengan reflektor referensi dan dilaporkan sebagai ukuran lubang dasar datar setara yang diperoleh dari amplitudo dan kedalaman gema, bukan sebagai pengukuran langsung dari cacat fisik.
T: Seberapa sering kalibrasi diverifikasi?
Kalibrasi instrumen dan probe diperiksa pada awal dan akhir setiap sesi inspeksi dan setelah penggantian probe, kabel atau couplan, dan hasilnya dicatat dalam laporan inspeksi.
T: Dapatkah pengujian ultrasonik menggantikan pengujian destruktif?
Tidak. Inspeksi ultrasonik merupakan pelengkap volumetrik untuk pengujian kimia, tarik, dan metalografi. Ini menyaring material untuk diskontinuitas internal tetapi tidak mensertifikasi komposisi atau sifat mekanik.
T: Apa yang membatasi sensitivitas titanium berbutir halus?
Struktur butiran, permukaan akhir, dan geometri bagian menetapkan batas praktis. Struktur mikro yang kasar atau berpita menimbulkan kebisingan latar belakang, sehingga frekuensi dan penguatan harus seimbang terhadap ambang batas deteksi yang diperlukan.
