MATERIAL TESTING JF302- 4/

1

CHAPTER 4 : MATERIAL TESTING (UJIAN BAHAN) PENGENALAN

Ujian-ujian ke atas sesuatu bahan adalah perlu bagi tujuan-tujuan seperti berikut :-

Untuk menentukan mutu sesuatu bahan. Ini boleh menjadi satu aspek proses

kawalan dalam loji pengeluaran.

Untuk menentukan sifat-sifat mekanikal seperti kekuatan, kekerasan dan kemuluran.

Untuk mengesan kecacatan dalam bahan komponen yang dihasilkan.

Untuk menilai prestasi bahan dalam keadaan perkhidmatan yang tertentu.

Tidak ada satu kaedah ujian boleh digunakan untuk memenuhi kesemua kehendak/tujuan di

atas, maka berbagai kaedah ujian direka yang dikategorikan kepada :

Ujian Musnah (destructive testing).

Ujian Tanpa Musnah (non-destructive testing).

4.1 Sifat-Sifat Mekanikal Bahan

Bahan yang digunakan dalam kerja kejuruteraan dipilih atas sifat-sifat yang diperolehinya.

Sifat-sifat ini merupakan ciri-ciri hablur bahan itu dan boleh diperkuatkan lagi dengan proses

rawatan haba, mengaloikannya dan kerja-kerja mekanikal yang lain. Kualiti sifat-sifat ini

dinilaikan dalam sebutan darjah yang ditentukan oleh Ujian Musnah Piawaian.

1. Kemuluran (ductility) - kebolehan sesuatu bahan ditarik oleh daya tegangan tanpa

putus. Sifat ini adalah penting dalam proses tarikan (drawing) dan tekanan (pressing).

2. Kebolehtempaan (malleability) - kemampuan sesuatu bahan menerima canggaan atau

ubah-bentuk plastik oleh daya mampatan tanpa pecah. Sifat ini membolehkan bahan itu

ditempa dan digelek.

3. Keliatan (toughness) - kebolehan sesuatu bahan menyerap tenaga dan mengalami ubah-

bentuk plastik sebelum ianya patah semasa menerima hentaman dan kejutan.

4. Kerapuhan (brittleness) - ketidak mampuan sesuatu bahan mengalami ubah-bentuk

plastik dan pecah jika dihentamkan secara mengejut.

5. Kekerasan (hardness) - kebolehan sesuatu bahan menentangcakaran, kehausan dan

tembusan.

4.2 Destructive Test (Ujian Musnah)

Ujian musnah merupakan satu pemeriksaan ujian bahan yang dijalankan ke atas bahan dan ia

mungkin mengakibatkan kerosakan pada bahan itu. Ujian ini amat penting bagi menentukan

sifat- sifat mekanikal sesuatu bahan seperti kekuatan, kekerasan dan kemuluran. Ia menentukan

mutu atau kualiti sesuatu bahan. Ujian Musnah juga menilai prestasi bahan dalam keadaan

perkhidmatan yang tertentu.

MATERIAL TESTING JF302- 4/

2

4.2.1 Hardness Test (Ujian Kekerasan)

Kaedah ujian yang dijalankan ialah :-

Ujian Brinell.

Ujian Vickers.

Ujian Rockwell.

Ujian Shore Soleroscope.

4.2.1.1 Ujian Brinell

Dalam ujian ini, satu bebola keluli keras ditekan oleh satu daya/beban yang tertentu dan

melekukkan (indent) permukaan bahan yang diuji. Adalah perlu memilih kombinasi yang

betul di antara saiz bebola dengan beban supaya bebola yang digunakan tidak terherot dan

pengukuran dapat dijalankan merujuk Gambarajah 9.1. Sebagai contoh, bebola keluli boleh

terbenam sepenuh dalam logam yang lembut seperti plumbum. Dari segi praktik beban P

(kg) dan diameter pelekuk D (mm) dihubungkan dengan persamaan di bawah.

K = 2D

P

Di mana K ialah konstant dengan nilai-nilai yang tertentu bagi bahan yang berlainan.

Bahan

Nilai K

Logam ferus 30

Tembaga dan aloi tembaga 10

Aluminium dan aloi aluminium 5

Pb, Sn dan logam galas putih 1

MATERIAL TESTING JF302- 4/

3

))((

)(2

222 mmdDDD

kgPHB

))((

)(2

222 mmdDDD

kgPHB

)5.21010(.10

)3000(2

22

HB

)25.610010(.10

6000

HB

32.63

6000 HB

Nombor kekerasan Brinell boleh diukur dengan formula :

Gambarajah 4.1 menunjukkan dimensa-dimensa tertentu,

D = Diameter bebola (mm)

d = Diameter lekuk (mm)

P = beban dalam unit kilogram daya (kg) dan 1 kg = 9.81 N.

Contoh 1

Contoh 1

Ujian Brinell menggunakan diameter bebola bersaiz 10 mm dan bahan digunakan ialah keluli

di mana nilai K sebanyak 30. Selepas ujian Brinell dilakukan didapati nilai diameter lekuk yang

terhasil ialah 2.5 mm. Hitungkan beban yang digunakan dan nilai kekerasan Brinell.

Penyelesaian

P = KD2

P = 30 x 102 = 3000 kg.

Beban

Bebola

pelekuk

Spesimen

d

D

Gambarajah 4.1: Kedudukan bebola dan beban

MATERIAL TESTING JF302- 4/

4

2/ 76.94 mmkgHB

Prinsip mengukur kekerasan Brinell bagi mendapatkan keputusan yang konsisten, langkah-

langkah berikut hendaklah diambilkira.

a) Tebal spesimen hendaklah sekurang-kurangnya tujuh kali ganda daripada dalam lekuk bebola

yang dihasilkan.

b) Jarak di antara pinggir spesimen yang terdekat dengan pinggir lekuk hendaklah tiga kali

ganda garispusat bebola.

c) Ujian yang dijalankan tidak melebihi 500 HB sebab bebola pelekuk boleh terherot.

Selain daripada nilai kekerasan, data lain yang boleh diperolehi daripada ujian ini ialah :

a) Kebolehmesinan - Untuk alat pemotong jenis kelajuan tinggi, bagi mengelakkan

daripada cepat tumpul dan rosak kekerasan bendakerja mestilah kurang daripada 350 HB.

Bendakerja yang mempunyai nilai kekerasan kurang daripada 100HB biasanya menghasilkan

permukaan yang kurang baik atau 'terkoyak'.

b) Kekuatan tegangan - Terdapat hubungan yang rapat di antara nilai kekerasan dengan

kekuatan tegangan muktamad (UTS) sesuatu komponen. Nilai yang hampir adalah seperti

berikut : HD X 3.4

c) Kebolehkerja-keras - Bahan-bahan yang belum dikerja-keras akan terkumpul

disekeliling bebola pelekuk manakala bahan yang telah dikerja-keras akan terbenam

disekeliling pelekuk seperti Gambarajah 9.2.

(a) Terkumpul (b) Terbenam

Gambarajah 9.2: Perbezaan antara bahan yang belum dikerja-keras dan yang telah dikerja-keras.

4.2.1.2 Ujian Vickers

Ujian ini hendaklah diutamakan daripada ujian Brinell jika bahan yang diuji adalah alat

pemotong dan komponen-komponen yang telah dirawat haba. Ujian dijalankan dengan

melekukkan permukaan bahan dengan mata piramid berlian yang berdasar empatsegi sama.

Kekerasan berlian ialah lebih kurang 6000HB. Sudut antara permukaan mata yang bertentangan

ialah 136o. Beban tindakan adalah berbeza antara 5 - 120 kg sebab hanya pelekuk tunggal yang

MATERIAL TESTING JF302- 4/

5

digunakan dan dikenakan selama 15saat bergantung kepada kekerasan bahan yang diuji. Beban

yang piawai ialah 5, 10, 20, 30, 50, 100kg. Adalah perlu memilih beban yang sesuai bagi

menentukan nombor kekerasan Vickers.

Lekuk yang dihasilkan oleh mata piramid berlian adalah terlalu kecil maka permukaan yang

licin diperlukan sebelum ujian dijalankan. Ini bermakna ujian Vickers adalah lebih sesuai bagi

komponen yang telah siap.

Nilai kekerasan Vickers (HV ) diukurkan seperti berikut:

)/(lekukpermukaan luas

Beban 2mmkgHV

2

0

02 d

68sin 2F

)136(2

1sin2/d

F HV

2d

1.854F HV

di mana F = beban dalam kg

d = jarak purata antara pepenjuru tajam dalam mm .

Jika nombor kekerasan Vickers yang diperolehi ialah 200, beban yang digunakan ialah 50 kg,

angka kekerasan sepatutnya ditulis seperti berikut : 200 HV/50. Ujian Vickers merupakan ujian

yang boleh memberikan sekil kekerasan yang sesuai untuk bahan yang lembut sehingga bahan

MATERIAL TESTING JF302- 4/

6

yang lebih keras. Gambarajah 4.3 menunjukkan kesan lekuk yang dikenakan oleh beban selepas

ujian Vickers dilakukan.

F F d

Gambarajah 4.3: Kesan lekuk yang dikenakan oleh beban selepas ujian Vickers dilakukan

Contoh 1

Satu ujian Vicker dilakukan ke atas satu logam keluli dengan beban yang dikenakan sebanyak

30 kg. Selepas ujian itu dilakukan didapati jarak purata antara pepenjuru tajam dalam yang

diperolehi ialah 0.243 mm. Hitungkan nilai kekerasan Vicker tersebut.

Penyelesaian

2d

1.854F HV

20.243

1.854(30) HV

943.3 HV kg/mm2

4.2.1.3 Ujian Rockwell

Ujian ini tidak begitu boleh harap (reliable) jika dibandingkan dengan ujian Brinell dan Vickers.

Tetapi dalam industri ujian ini sangat meluas digunakan sebab ianya mudah dan cepat

dikendalikan. Ujian ini memberikan bacaan kekerasan terus atas sekil yang disediakan. Prinsip

ujian ini ialah membandingkan kedalaman di antara lekuk akibat daripada beban pertama

(minor load) dan beban utama atau kedua (major load).

Nombor kekerasan Rockwell ( HR ) ialah:

HR = ( E - e ) di mana,

E = konstant, bergantung dengan pelekuk yang digunakan,

e = pertambahan kedalaman lekuk akibat daripada beban tambahan (utama) yang

dikenakan.

MATERIAL TESTING JF302- 4/

7

Terdapat sembilan sekil bagi ujian Rockwell, A - K, tetapi sekil yang biasa digunakan ialah B

dan C.Bagi bahan yang keras, ujian Rockwell tidak boleh memberikan perbezaan nilai

kekerasan yang sedikit jika dibandingkan dengan ujian Vickers, tetapi ujiannya dapat dijalankan

dengan cepat untuk komponen siap. Sekil C (ditulis sebagai HRC) biasanya digunakan untuk

keluli yang dikeraskan, dan sekil B (HRB) adalah untuk keluli yang tidak dikeraskan atau aloi

bukan ferus yang keras.

Gambarajah 4.4 menunjukkan bagaimana prinsip pengukuran ujian Rockwell dilakukan iaitu ;

(a) Beban pertama dikenakan.

(b) Beban utama dikenakan.

(c) Beban utama dilepaskan.

(a) (b) (c)

Gambarajah 4.4: Prinsip pengukuran ujian Rockwell dilakukan

4.2.1.4 Ujian Shore Soleroscope

MATERIAL TESTING JF302- 4/

8

Dalam ujian-ujian yang telah diterangkan spesimen yang diuji adalah kecil dan boleh diletakkan

pada alat ujian. Shore soleroscope adalah alat ujian yang mudah-alih dengan itu ianya mudah

untuk menguji bahan yang lebih besar.

Tukul bermata berlian yang tajam (diamomd-pointed hammer) seberat 2.5 g menghentam bahan

ujian apabila dijatuhkan daripada ketinggian 250 mm. Indeks kekerasan adalah tinggi lantunan

(rebound) yang pertama mata itu. Biasanya sekil kekerasan dibahagikan kepada 140 bahagian.

Gambarajah 4.5 menunjukkan Alat Ujian Shore Soleroscope.

Gambarajah 4.5: Alat Ujian Shore Soleroscope

MATERIAL TESTING JF302- 4/

9

4.2.2 Ujian Hentaman (Impact test)

Ujian ini menentukan keliatan sesuatu bahan itu. Keliatan sesuatu bahan ialah kebolehan bahan

itu menyerap tenaga hentaman dan mengalami ubah bentuk plastik sebelum patah. Sifat ini

ialah gabungan antara kekuatan dan kemuluran. Kaedah yang biasa digunakan ialah ujian Izod

atau ujian Charpy.

Dalam dua kaedah ini, spesimen berukuran piawai yang berlekuk dihentamkan oleh sebuah

penukul yang berayun atau pendulum lalu memecahkan spesimen itu. Tenaga hentaman yang

diserap untuk memecahkan spesimen diukurkan oleh alat ujian itu selepas ayunan semula

pendulum itu. Jika spesimen itu tidak pecah maka keseluruhan tenaga hentaman diserapkan

dan jika spesimen itu pecah, tenaga hentaman yang digunakan untuk memecahkan spesimen itu

boleh diukur dengan menandakan ketinggian ayunan semula pendulum itu. Dengan itu keliatan

bahan dapat ditentukan dengan mengukur ketinggian ayunan semula pendulum itu selepas

memecahkan spesimen. Semakin tinggi ayunan semula, semakin rendah darjah keliatan bahan

itu. Gambarajah 9.6 menunjukkan kaedah ujian hentaman dilakukan.

Gambarajah 4.6: Ujian hentaman

4.2.2.1 Ujian Izod

Dalam ujian ini spesimen itu digapitkan satu hujungnya dengan ragum dan dihentamkan

oleh penukul yang mempunyai tenaga kinetik berjumlah 162.72 J pada kelajuan 3.8 m/s.

Bentuk dan ukuran pada lekuk seperti Gambarajah 4.7.

MATERIAL TESTING JF302- 4/

10

Semua ukuran dalam mm.

Gambarajah 4.7: Kedudukan dan saiz spesimen bagi ujian Izod

4.2.2.2 Ujian Charpy

Kaedah ujiannya serupa dengan Ujian Izod, tetapi spesimen tidak digapitkan pada hujungnya,

hanya disokong sebagai rasuk. Spesimen itu dihentamkan oleh penukul yang mempunyai

tenaga kinetik berjumlah 298.3 J dengan kelajuan 5 m/s. Rajah berikut menunjukkan

bagaimana ujian itu dijalan dan spesimen itu disokongkan seperti gambarajah 4.8.

Gambarajah 4.8: Kedudukan dan saiz spesimen bagi ujian Charpy

Dalam ujian Charpy, terdapat juga bentuk lekuk-lekuk yang berlainan digunakan seperti yang

ditunjukkan oleh gambarajah 4.9 di bawah.

10o

5o penukul

22.5o 22.5o

2

70

28 22

s

p

e

s

i

m

e

n

10

10 8

jejari lekuk 0.25

ukuran terperinci lekuk

kedudukan penukul

ukuran keratan rentas

pada lekuk.

ragum

18

20

20

penukul

spesimen penyokong 10

10

8

0.25 rad

2.0 - 2.5 rad

30o

Keratan rentas pada lekuk

spesimen

Semua ukuran dalam mm

MATERIAL TESTING JF302- 4/

11

Semua ukuran dalam mm

Gambarajah 4.9: Bentuk lekuk-lekuk pada spesimen

4.2.2.2.1 Tafsiran daripada ujian hentaman

Dalam kedua jenis ujian hentaman ini, lekuk merupakan tumpuan tegasan atau retak permulaan.

Keputusan daripada ujian ini adalah dipengaruhi oleh bentuk dan ketajaman lekuk. Lebih tajam

lekuk yang digunakan, lebih sedikit tenaga diperlukan untuk memecahkan spesimen. Bentuk

lekuk yang berlainan pada spesimen dari bahan yang sama tidak akan memberi nilai tenaga

hentaman yang sama, dengan itu untuk membandingkan nilai keliatan dari bahan yang

berlainan maka spesimen-spesimen yang digunakan mestilah mempunyai bentuk dan ukuran

yang serupa.

Ujian hentaman selepas rawatan haba adalah penting bagi memastikan rawatan haba yang

dijalankan terhadap komponen adalah mengikut kaedah yang betul. Tetapi ujian ini bukanlah

merupakan ujian yang muktamad, ujian lain seperti ujian tegangan dan kekerasan juga perlu

dijalankan.

Hasil daripada ujian hentaman menunjukkan jumlah tenaga untuk memecah atau melenturkan

spesimen. Pada ujian Charpy rupabentuk retak atau patah yang dihasilkan pada spesimen boleh

memberikan beberapa keterangan berkenaan dengan sifat-sifat berikut :

1.Logam rapuh - Bentuk patah yang bersih dan luas keratannya berkurangan. Struktur

berbijian ditunjukkan pada permukaan patah.

2. Logam mulur - Bentuk patahnya kasar dan bergentian (fibrous) dan tidak begitu

lengkap bagi logam yang lebih mulur. Spesimen itu bengkok dan logamnya seakan-akan

terkoyak pada lekuk dengan luas keratan yang berkurangan.

3. Polimer rapuh - Permukaan patahnya adalah licin, berkilau dan retaknya boleh berkecai.

4. Polimer mulur - Tidak menunjukkan rupa bentuk patah yang tertentu tetapi luas keratan

rentasnya berkurangan dan seakan-akan dikoyakkan.

4.2.2.2.1 Kesan suhu dalam ujian hentaman

Suhu spesimen semasa ujian dijalankan boleh mempengaruhi nilai tenaga hentaman bagi

mematahkan spesimen. Ini menunjukkan suhu boleh mengubahkan sifat-sifat mekanik sesuatu

bahan. Sebagai contoh, keluli karbon rendah adalah liat dan mulur pada suhu lebih kurang

2

2,3 @

5

3 @ 5 2

R1.0 R1.0 R1.0

Lekuk - U Lekuk lubang kunci Lekuk - V

MATERIAL TESTING JF302- 4/

12

150oC tetapi pada suhu bawah 0oC ianya boleh menjadi bahan yang rapuh dan tidak stabil bila

digunakan pada tempat yang sejuk.

Tenaga (J)

160

120

80

40

0

-200 -100 0 100 200 Suhu oC

Kesan suhu terhadap keliatan pada ujian Charpy

MATERIAL TESTING JF302- 4/

13

4.3 UJIAN TANPA MUSNAH (NON-DESTRUCTIVE TEST)

Ujian musnah hanya berkemampuan mendedahkan maklumat sifat- sifat mekanikal sesuatu

bahan sungguhpun ia dianggap penting dalam mengawal mutu komponen tetapi ini tidak

mencukupi untuk mengesan kecacatan yang tenggelam seperti lubang hembus, keliangan dan

penutup sejuk yang biasa terdapat dalam tuangan.

Penggunaan UTM bertujuan mengawal mutu keselamatan dan penilaian atas sesuatu komponen

bahan. UTM boleh dijalankan tanpa menyekat fungsi rekabentuk sesuatu komponen dan

mempunyai kebolehharapan yang maksimum. Di samping itu, kaedah ujian tanpa

memusnahkan komponen-komponen adalah lebih ekonomikal dalam memeriksa komponen

yang besar, mahal dan penting seperti kapal terbang, turbin dan paip minyak yang perlu

diperiksa secara individu dan terperinci.

UTM merupakan satu ujian yang mahal yang membaitkan satu siri aturcara pemeriksaan yang

rapi dan penggunaan alat-alat kelengkapan yang sofistikated dan juga kepakaran tinggi, namum

begitu ia biasanya dijadikan satu titik pemeriksaan di peringkat pertengahan sesuatu proses

pengeluaran untuk mengesan sebarang kecacatan. Ia juga dijalankan sebagai satu langkah

penyenggaraan dalam pemeriksaan loji secara mendalam dalm perkhidmatan pada tempat itu

dan boleh memberikan tanda-tanda amaran demi keselamatan loji.

4.3.1 Jenis Kecacatan

Bahan yang telah dikerja atau dirawathaba dengan berbagai proses pengeluaran seperti

penuangan dan pemesinan sudah pasti akan mengalami kecacatan-kecacatan akibat keterikan

dalaman. Kecacatan seperti retak, penutup sejuk dan keliangan terjadi di atas atau bawah

permukaan bendakerja itu dan berorientasikan dalam 2 atau 3 dimensi.

Kecacatan boleh dikategori ke dalam 3 kategori :

1. Kecacatan terwujud (inherent discontinuity)- kecacatan yang berhubung dengan proses

pemejalan logam seperti tuangan.

2. Kecacatan proses - kecacatan berhubung dengan berbagai proses seperti memesin,

pembentukan (forming), tempaan, extrusi, menggelek, kimpalan dan rawatan haba.

3. Kecacatan perkhidmatan - kecacatan berhubung dengan berbagai keadaan atau

suasana perkhidmatan seperti kakisan, tegasan dan kelesuan.

UTM boleh juga digunakan untuk membezakan bahan-bahan dari segi kandungan, rawatan haba

dan kerja-kerja mekanikal dan juga dalam menentukan ketebalan dan dimensi komponen atau

mengawal kualiti hasil kerja.

4.3.2 Faktor-faktor Mempengaruhi Pemilihan Kaedah UTM

MATERIAL TESTING JF302- 4/

14

Dalam memilih kaedah UTM yang sesuai bagi menyiasat sesuatu kecacatan yang tertentu perlu

diingatkan bahawa beberapa kaedah UTM dapat saling membantu antara satu sama lain dan

selalunya terdapat beberapa kaedah UTM yang berlainan yang boleh melakukan kerja yang

sama. Pemilihan ini berdasarkan perkara-perkara berikut :

a. Jenis dan asal kecacatan.

b. Proses pembuatan komponen itu.

c. Kebolehcapaian komponen itu.

d. Alat-alat yang didapati.

e. Tahap penerimaan yang dikehendakki.

Walau bagaimanapun, pemilihan pada peringkat awal/asas. Kebolehan sesuatu kaedah UTM

dalam mengesan, mengenalpasti dan menentukan saiz atau bentuk kecacatan dipengaruhi oleh

ciri-ciri berikut :

a. Asal dan kedudukan kecacatan (pada permukaan, bawah permukaan

atau dalaman).

b. Orientasi (selari atau serenjang pada bijian).

c. Bentuk (rata, bentuk tidak sekata atau spiral).

d. Geometri komponen bahan.

4.4 Kaedah Cecair Penusukan (Penetrant Method)

Penusuk cecair adalah kaedah ujian yang secara relatif lebih mudah dan murah untuk mengesan

kecacatan pada permukaan bahan. Terlebih dahulu, semburkan Penentrant Remover pada

permukaan bahan yang hendak diuji untuk mengelakkan kehadiran bendasing seperti minyak,

habuk, air dan pengoksidaan logam. Cecair Penusuk (Red Dye Penentrant) yang terdiri daripada

cecair yang rendah kelikatannya dapat meresap masuk 5 mm dari permukaan retak bahan.

Cecair tersebut boleh dikenakan dengan cara menyembur, menggosok atau mencelup bahagian

bahan yang hendak diuji. Cecair penusuk yang berlebihan pada permukaan bahan dikeluarkan

selepas berlakunya penusukan yang lengkap selepas suatu selang masa tertentu. Kemudian

permukaan bahan itu dicuci secara menyalutkannya dengan suatu lapisan serbuk penyerap yang

halus. Bahan penyerap yang terdapat di atas kecacatan akan menyedut keluar cecair penusuk

dari dalam kecacatan itu. Tanda-tanda merah pada permukaan penyerap menunjukkan

kewujudan kecacatan. Semburkan Developer pada permukaan bahan bagi menjelaskan lagi

kesan kecacatan itu. Kaedah ini boleh digunakan untuk sebarang bahan yang tak telap dan tak

menyerap. Gambarajah 9.10 menunjukkan kaedah cecair penusukan dilakukan.

MATERIAL TESTING JF302- 4/

15

Gambarajah 4.10: Kaedah ujian cecair penusukan

1. Section of material with a surface-breaking

crack that is not visible to the naked eye.

2. Penetrant is applied to the surface.

3. Excess penetrant is removed.

4. Developer is applied, rendering the crack

visible.

Cecair

penusuk

Retakan

Bahan

1. Permukaan bahan yang

hendak diuji dilitupi dengan

cecair

penusuk.

2. Permukaan bahan dicuci.

3. Bahan Peresap

dikenakan ke atas bahan.

Bahan

peresap

4. Bentuk retakan terpamer

pada Bahan Peresap.

MATERIAL TESTING JF302- 4/

16

Penentrant Remover, Red Dye

Penentrant dan Developer

Menyembur red dye penetrant

4.5 Kaedah Serbuk Magnet (Magnetic Particle Inspection)

Kaedah ini sungguh pun murah dan boleharap, tetapi penggunaannya terhad kepada pengesahan

retakan permukaan di atas bahan-bahan ferus seperti besi tuangan dan keluli. Teknik ini

berdasarkan prinsip bahawa keretanan magnet (susceptibility) dalam kawasan sekitar sesuatu

retakan tidaklah begitu berkesan seperti di sekeliling logam. Ciri ini akan mengherotkan

agihan fluks magnet yang teraruh seperti yang ditunjukkan gambarajah 9.11. Herotan fluks ini

biasanya dikesan dengan serbuk magnet (oksida besi) terampai dalam minyak atau paraffin.

Ampaian serbuk merebak secara sekata ke seluruh permukaan komponen dan serbuk magnetik

akan menggugus (bunches) di sekitaran retakan itu.

Keberkesanan pengesanan sesuatu retakan bergantung pada orientasi retakan dengan garis-

garis daya magnet dan yang paling baik sekali bersudut tepat di antara satu sama lain.

Penyambungan garis daya magnet terganggu bila bertemu jurang udara (retakan) di mana ia

akan menyesar dari laluan yang sepatutnya. Keadaan ini adalah seperti satu kutub tempatan

yang dapat mengherotkan fluks magnet melaluinya. Jika orientasi jurang udara selari dengan

garis-garis daya magnet, maka kesesaran garis daya dan herotan fluks magnet adalah minima

dan ternyata. Medan magnet yang teraruh dalam komponen ujian adalah ditentukan oleh cara

bagaimana ia diwujudkan. Terdapat dua jenis medan magnet yang dapat diwujudkan oleh

berbagai cara pemagnetan iaitu medan magnet membujur dan medan magnet membulat.

Gambarajah 4.11 menujukkan kesan mengherotkan agihan fluks magnet yang teraruh.

MATERIAL TESTING JF302- 4/

17

4.5.1 Medan magnet membujur (longitudinal)

Medan magnet membujur boleh diaruh dalam komponen dengan menggunakan magnet kekal,

elektromagnet, penyentuhan aliran arus di mana kedua-dua hujung komponen disambung atau

dijadikan dua kutub magnet yang bertentangan. Garis-garis daya penyambungan kedua-dua

kutub ini dan selari dengan paksi membujur komponen.

Gegelung elektrik digelung pada ukurlilit komponen dan arus yang mengalir dalamnya akan

mewujudkan satu fluks membujur seperti gambarajah 4.12.

Gambarajah 4.12: Arus yang mengalir dalamnya akan mewujudkan satu fluks membujur

Magnet kekal digunakan dalam memagnetkan komponen-komponen kecil yang mempunyai ciri

pemagnetan yang baik dan berbentuk mudah. Medan magnet membujur boleh diaruh dalam

komponen dengan menggunakan magnet kekal di mana kedua-dua hujung komponen

disambung atau dijadikan dua kutub magnet yang bertentangan. Satu fluks magnet membujur

seperti gambarajah 4.13 terhasil.

MATERIAL TESTING JF302- 4/

18

Gambarajah 4.13: Satu fluks magnet membujur

4.5.2 Medan magnet membulat (circular)

Medan magnet membulat adalah fluks magnet yang mengelilingi ukurlilit sesuatu komponen. Ia

dihasilkan dengan elektromagnet dan penyentuhan arus mengalir secara langsung yang

menyambung terus pada kedua-dua hujung komponen. Cara ini adalah lebih sesuai dan

berkesan untuk komponen yang besar dan berbentuk lebih rumit. Gambarajah 4.14

menunjukkan arus elektrik melalui suatu konduktor yang ditempatkan secara sepaksi di dalam

suatu bahan ujian yang berongga.

Gambarajah 4.14 : Fluks magnet yang mengelilingi ukurlilit sesuatu komponen

Gambarajah 4.15 menunjukkan arus elektrik dialirkan yang mengaruhkan fluks magnet dalam

bahan yang hendak diuji itu melalui bahan itu sendiri. Bahan ditempatkan di antara dua

sentuhan yang berupa pengapit kuprum. Medan magnet yang teraruh pada permukaan bahan itu

berbentuk bulatan yang merentasi panjang bahan. Dengan itu retakan dapat dikesan pada

permukaan bahan tersebut.

MATERIAL TESTING JF302- 4/

19

Gambarajah 4.15: Arus elektrik dialirkan yang mengaruhkan fluks magnet dalam bahan yang hendak diuji

4.6 Kaedah Ultrasonik

Kaedah ini sangat sesuai untuk mengesan kecacatan-kecacatan terutama sekali di bawah

permukaan . Had maksima frekuensi bunyi dapat didengar oleh manusia ialah 15 kHz dan

frekuensi melebihi nilai ini dikatakan sebagai bunyi ultrasonik. Julat frekuensi digunakan

dalam ujian ultrasonik adalah di antara 0.5 MHz - 15 MHz.

At a construction site, a technician tests a

pipeline weld for defects using an ultrasonic

phased array instrument. The scanner consists

of a frame with magnetic wheels which holds

the probe in contact with the pipe by a spring.

The wet area is the ultrasonic couplant that

allows the sound to pass into the pipe wall.

Since this picture was taken (2008),

developments to scanners include the ability to

run two probes at one time, one probe on each

side of the weld, and scanners with a chain or

linkage that passes around the whole pipe,

ensuring that the probes are guided in a

straight line and do not fall off.

Pada asasnya alat ultrasonik menggunakan teknik gema-denyut. Denyutan-denyutan yang

berfrekuensi tinggi dijanakan secara elektronik dikaitkan dan disuapkan ke dalam satu

transduser yang sesuai untuk menukarbentuk denyutan ke gelombang bunyi ultrasonik.

Apabila gelombang ini merembat dari satu media, pantulan berlaku di antara muka, (pantulan

boleh jadi 100% antara muka bahan logan dengan udara). Sebarang kecacatan seperti

retakan dalaman, keliangan atau rangkuman bukan logam akan bertindak sebagai satu muka

pantulan gelombang ultrasonik seperti gambarajah 4.16.

MATERIAL TESTING JF302- 4/

20

Gambarajah 4.16: Pantulan gelombang ultrasonik

Gelombang ultrasonik dihasilkan oleh kesan piezoelektrik. Denyutan elektrik dari arus ulangalik

(AC) akan merangsang bahan-bahan piezoelektrik seperti kuartza, Barium Titanate dan Lead

Niobate menghasilkan getaran frekuensi yang tinggi. Bahan ini direndam supaya hanya

denyutan singkat diwujudkan untuk menghantar gelombang dan kemudiannya berdiam untuk

menerima gema ultrasonik dan menukarkannya jadi isyarat elektrik. Maka bahan piezoelektrik

digunakan untuk kedua-dua fungsi alat-alat penghantar dan penerima (transduser) gelombang

ultrasonik.

Oleh sebab bunyi ultrasonik menghilang dalam udara, jurang antara muka transduser dengan

permukaan komponen ujian mesti diisi dengan media penghantaran berketumpatan tinggi yang

dinamakan "couplant" (minyak atau air), supaya perembatan gelombang tidak terputus. Isyarat-

isyarat gema ultrasonik yang dipantulkan akan dipamerkan bersama masa penghantaran

denyutan di atas osiloskop yang memberikan maklumat berkenaan saiz, bentuk dan kedalaman

kecacatan. Gambarajah 4.17 menunjukkan perbezaan pantulan dalam mengesan kecacatan.

Retak

Tiada kecacatan dikesan di C.R.O Kecacatan dikesan di C.R.O

Prob penerima

Prob

Penghantar

MATERIAL TESTING JF302- 4/

21

Gambarajah 4.17: Perbezaan pantulan dalam mengesan kecacatan

Principle of ultrasonic testing. LEFT: A

probe sends a sound wave into a test

material. There are two indications, one

from the initial pulse of the probe, and the

second due to the back wall echo. RIGHT:

A defect creates a third indication and

simultaneously reduces the amplitude of

the back wall indication.

The depth of the defect is determined by

the ratio D/Ep

Kaedah ultrasonik ini mempunyai banyak kelebihan, diantaranya :-

i. Ia boleh digunakan ke atas bahan logam dan bukan logam.

ii. Berkebolehan mengesan ketebalan hingga 1.5 m.

iii. Berkesan dan boleh harap.

iv. Pemeriksaan boleh dilakukan atas tapak.

v. Bersih dan tidak mencemarkan komponen-komponen.

vi. Senang dibawa kemana-mana.

Kekurangannya adalah :-

i. Alat-alat mahal.

ii. Memerlukan kepakaran.

iii. Memerlukan couplant.

iv. Memerlukan rujukan untuk tentukuran.

v. Permukaan kasar dan sangat nipis susah diperiksa.

4.7 Kaedah Sinar-X

Ini adalah satu proses fotografik di mana bahan uji atau komponen didedahkan kepada sinaran-

X atau Gamma. Kedua-dua ini merupakan jenis sinaran elektromagnetik frekuensi tinggi yang

membolehkan penusukan yang lebih dalam terhadap pepejal logam. Apabila filem fotografi

didedahkan di bawah sinaran-X atau Gamma,dan selepas dicuci, filem itu menjadi hitam atau

gelap akibat tindakbalas kimia. Jika sesuatu benda pepejal terletak di antara punca sinaran

dengan filem, bayangnya akan terbit di atas filem tadi. Kawasan yang dibayangkan pepejal

kelihatan tidak segelap seperti kawasan dedahan penuh oleh sebab perbezaan keamatan sinaran

di antara kedua-dua kawasan itu.

Semakin tebal atau tumpat (padat) sesuatu bahan itu, semakin tinggi paras penyerapan

sinarannya. Jika terdapat keronggan di dalamnya, paras penyerapan akan menjadi rendah pada

tempat itu dan ianya akan kelihatan sebagai titik/kawasan/tampalan hitam/gelap di atas filem

seperti ditunjukkan dalam Gambarajah 4.18.

MATERIAL TESTING JF302- 4/

22

Kecacatan yang paling kecil sekali yang dapat dikesan dengan mudah oleh fotografi sinaran-X

adalah lebih kurang 2% daripada tebal keratan komponen. Lebih kecil daripada nilai ini, filem

fotografi tidak berkemampuan menunjukkan perbezaan paras sinaran. Kaedah ini menjadi

tidak begitu berkesan bagi komponen yang tebal. Dalam aspek ini, kaedah ultrasonik lebih

diutamakan di samping dapat menjimatkan kos peralatan dan bahaya kesihatan tubuh badan.

Akan tetapi, radiografik mempunyai kelebihan iaitu memberi satu rekod yang kekal bagi

kecacatan dengan menunjukkan bentuk dan kedudukan yang tepat.

Sinaran-X dijanakan secara elektrik dalam tiub luahan voltan tinggi. Cara janaan ini

memberikan satu punca sinaran yang tetap dengan masa dedahan yang senang dikawal.

Keamatan sinaran diresap oleh ketumpatan dan ketebalan bahan uji dengan itu julat ketebalan

komponen yang boleh diperiksa dengan berkesan adalah berdasarkan ketebalan setengah nilai.

Ketebalan setengah nilai ialah ketebalan sesuatu bahan di bawah pemeriksaan yang dapat

mengurangkan keamatan sinaran ke setengah nilai tuju. Rajah di bawah membandingkan

ketebalan setengah keluli lembut diperiksa dengan sinaran-X dan Gamma.

Julat ketebalan yang boleh diperiksa dengan berkesan oleh sebarang punca sinaran terletak di

antara 1 K.S.N dengan 8 K.S.N bagi bahan yang lebih tebal. Sinarannya berpunca dari bahan-

bahan radioaktif seperti Cobalt 60 dan Iridium 192. Pancaran berterusan sinaran ini didedahkan

melalui satu pembukaan dalam bekas plumbum yang dapat menyekat sinaran yang merbahaya

pada tubuh operator. Punca radioktif tidak memberi pancaran yang tetap seperti sinaran-X.

Tetapi ianya susut beransur-ansur secara eksponen. Hayat berguna bahan-bahan ini berbeza-

beza. Iridium 192 berguna selama 40 hari manakala cobalt 60 ialah 5 tahun.

Kawalan keselamatan yang ketat dan kod praktik mestilah diikuti dengan rapi bila menggunakan

sinaran-X dan Gamma. Perlindungan dalam bentuk penapis, lapisan dan pakaian dalam zon

dedahan sinaran mestilah dilengkapkan sepenuhnya. Kesihatan operator harus diutamakan,

maka pengaliran udara yang baik dalam bilik ujian dan tempat menyimpan bahan radioaktif

mestilah kuat dan boleh menyekat sinaran daripada menembusinya.

Gambarajah 4.18: Kaedah Ujian Sinar-X