Uji tak merusak: pemeriksaan visual, penetran, partikel magnet, ultrasonik, radiografi, dan arus eddy, prinsip fisika, cacat yang dapat dan tidak dapat ditemukan, kualifikasi personel, dan membaca laporan

Di laundry sebuah rumah sakit, tangki air panas dari baja tahan karat austenitik mulai merembes di kaki las nosel, setahun setelah diperbaiki kontraktor. Pada minggu yang sama, teknisi menemukan garis halus di las sudut rangka angkat yang dipakai untuk menurunkan motor mesin cuci. Manajer bertanya, "Cukup dicat penetran saja, kan?" Kontraktor datang, menggerinda kedua las sampai mulus, menyemprot penetran, dan membawa magnet tangan untuk tangki. Laporannya satu baris: "PT: no relevant indication", tanpa nomor prosedur, kriteria penerimaan, atau tingkat sertifikasi pemeriksa. Teknisi diminta menandatangani serah terima.

Penetran memang murah dan cepat, tetapi hanya menemukan retak yang terbuka ke permukaan yang bersih, dan gerinda dapat menutup mulut retak. Magnet tangan tidak bekerja pada baja tahan karat austenitik. Bab ini menjelaskan fisika setiap metode, cacat yang dapat dan tidak dapat ditemukannya, siapa yang berwenang, dan cara membaca laporannya.

Batas pembahasan

Bab ini membahas tujuan dan batas uji tak merusak, pemeriksaan visual, penetran, partikel magnet, ultrasonik, radiografi, dan arus eddy dari sisi fisikanya, kualifikasi personel, dan isi laporan. Daftar cacat las dan pemeriksaan yang boleh dilakukan teknisi ada di Bab 13 · Mekanikal & Mekatronika tentang sambungan las; uji tarik, kekerasan, dan impak di Bab 5 tentang sifat mekanis dan pengujiannya; retak korosi tegangan dekat las di Bab 7 tentang mekanisme kegagalan; asal retak hidrogen dan retak panas di Bab 14 tentang metalurgi daerah las; porositas dan cacat cor di Bab 12 tentang pengecoran. Gelombang dan pantulan dasar ada di Bab 14 · Fisika tentang gelombang mekanik, bahan magnet di Bab 19 · Fisika tentang medan magnet dan bahan magnet, dan induksi di Bab 11 · Kelistrikan & Kendali tentang magnet dan induksi. Bab ini tidak mengajarkan cara menguji untuk keputusan penerimaan; pekerjaan itu dilakukan personel bersertifikat menurut prosedur tertulis. Ringkasan kuliah bukan prosedur sertifikasi untuk pengelasan, pelapisan, peralatan bertekanan, atau inspeksi.

Tujuan, istilah, dan batas setiap uji

Uji tak merusak (non-destructive testing, NDT) adalah pemeriksaan bahan atau sambungan untuk menemukan ketidaksinambungan atau mengukur sifat tanpa merusak benda, sehingga benda dapat dipakai kembali. Las diperiksa untuk memastikan kesesuaiannya dengan persyaratan spesifikasi tertentu, dan mutu las dapat didefinisikan sebagai kemampuannya bekerja di lingkungan rancangan. Hasil uji karena itu selalu dibaca terhadap kriteria penerimaan tertulis, bukan hanya dijawab "ada cacat atau tidak".

Tiga istilah dibedakan dalam praktik. Indikasi (indication) adalah tanda yang terlihat atau terbaca oleh metode uji, misalnya garis merah penetran atau gema ultrasonik. Diskontinuitas (discontinuity) adalah ketidaksinambungan fisik di dalam bahan, misalnya retak, pori, atau inklusi terak. Cacat (defect) adalah diskontinuitas yang jenis, ukuran, atau letaknya melampaui kriteria penerimaan. Laporan "tidak ada indikasi" berarti metode itu, pada kepekaan dan daerah yang diperiksa, tidak menemukan apa pun; artinya tidak sama dengan "bebas cacat".

Tidak ada metode yang menemukan semua cacat, dan pemilihan metode adalah keputusan personel Level 2 atau 3, sejalan dengan tugas level di bagian kualifikasi. Pemeriksaan visual selalu menjadi langkah pertama dan syarat metode lain; caranya untuk las dibahas di Bab 13 · Mekanikal & Mekatronika tentang sambungan las.

Penetran: kapilaritas di celah terbuka

Uji penetran (penetrant testing, PT) adalah pemeriksaan retak permukaan dengan cairan berwarna atau berpendar yang masuk ke celah terbuka lalu ditarik keluar oleh lapisan pengembang. Penetran terbatas pada cacat yang terbuka ke permukaan bahan tidak berpori, dan bekerja dengan aksi kapiler: cairan bertegangan permukaan rendah masuk ke diskontinuitas yang terbuka, bersih, dan kering.

Tinggi naik kapiler dalam tabung adalah:

$h = \frac{2T\cos\theta}{r\,\rho\,g}$

dengan $h$ tinggi naik (m), $T$ tegangan permukaan (N/m), $\theta$ sudut kontak cairan dengan dinding, $r$ jari-jari tabung (m), $\rho$ massa jenis cairan (kg/m³), dan $g = 9{,}8$ m/s². Naiknya sebanding dengan tegangan permukaan dan berbanding terbalik dengan massa jenis dan jari-jari; cairan naik bila adhesi ke dinding lebih kuat daripada kohesinya. Air 25 °C dengan $T = 71{,}99$ mN/m dan $\rho = 1.000$ kg/m³ naik 12 cm dalam tabung kaca berdiameter 0,25 mm ($\theta = 0$), dan kain menyerap cairan dengan aksi kapiler yang sama, hal yang dikenal setiap teknisi laundry. Memakai rumus tabung untuk celah retak adalah pendekatan; Contoh 1 menunjukkan bahwa gaya kapiler di celah mikrometer sangat besar, sehingga yang membatasi adalah kebersihan celah dan waktu tinggal, bukan gravitasi.

Akibatnya, penetran gagal bila mulut retak tersumbat minyak, karat, cat, atau logam yang tergencet oleh gerinda dan sikat kawat, sejalan dengan syarat celah bersih dan kering. Garis penetran juga hanya menunjukkan panjang retak di permukaan, tidak kedalamannya. Menurut katalog standar, ISO 3452-1 memuat prinsip umum, bagian lain mengatur bahan, blok acuan, peralatan, dan pengujian di suhu tinggi atau rendah, dan ISO 3452-2 mencakup rentang suhu 10 sampai 50 °C. Waktu tinggal penetran dan pengembang diambil dari prosedur dan lembar data bahan penetran; angka yang beredar di ringkasan belum dapat dipastikan dari teks standar per 18 Oktober 2026.

Partikel magnet: hanya untuk bahan feromagnetik

Uji partikel magnet (magnetic particle testing, MT) adalah pemeriksaan retak di permukaan dan dekat permukaan bahan feromagnetik dengan memagnetkan benda lalu menaburkan serbuk besi halus yang berkumpul di tempat medan magnet bocor keluar. Besi, kobalt, nikel, gadolinium, dan disprosium bersifat magnet kuat dan disebut feromagnetik, dan diamagnetisme ada di semua materi tetapi lemah dibandingkan paramagnetisme atau feromagnetisme. Karena itu MT tidak dapat dipakai pada baja tahan karat austenitik, aluminium, atau tembaga; Bab 19 · Fisika tentang bahan magnet mencatat baja tahan karat austenitik hampir tidak magnetik. Magnet tangan pada tangki di kasus pembuka tidak memeriksa apa pun.

Prinsipnya: retak yang memotong garis gaya magnet memaksa fluks keluar dari permukaan, dan fluks bocor itu menarik partikel. Retak yang sejajar medan hampir tidak membocorkan fluks, sehingga pemeriksaan dilakukan dalam dua arah yang saling tegak lurus. Medan magnet dibangkitkan di bahan yang diperiksa dengan salah satu dari dua cara, yaitu arus yang dialirkan langsung melalui benda atau medan induksi dari luar seperti kuk magnet. Ketika ujung elektrode (prod) mula-mula diletakkan pada bahan, arus belum dialirkan; tujuannya mencegah busur dan luka bakar busur di permukaan benda. Untuk benda besi, MT sering dipilih karena dapat mendeteksi sedikit di bawah permukaan. Kuat medan, gaya angkat kuk, dan kedalaman deteksi tidak dibahas angkanya di bab ini dan diambil dari prosedur.

Ultrasonik: gelombang, panjang gelombang, dan pantulan

Uji ultrasonik (ultrasonic testing, UT) adalah pemeriksaan bagian dalam bahan dengan pulsa gelombang suara berfrekuensi tinggi yang dipantulkan oleh diskontinuitas atau dinding belakang benda. Transdusernya memakai efek piezoelektrik, yaitu perubahan tekanan menjadi listrik. Cepat rambat gelombang longitudinal di baja sekitar 5.900 m/s dan gelombang geser sekitar 3.230 m/s, dan gelombang geser tidak merambat bebas di cairan. Panjang gelombangnya:

$\lambda = \frac{v}{f}$

dengan $\lambda$ panjang gelombang (m), $v$ cepat rambat (m/s), dan $f$ frekuensi (Hz). Frekuensi lebih tinggi memperpendek panjang gelombang dan memperbaiki resolusi serta kepekaan terhadap cacat kecil, sedangkan frekuensi lebih rendah menembus lebih dalam. Aturan praktisnya, cacat terkecil yang terdeteksi kira-kira setengah panjang gelombang. Rentang frekuensi yang lazim untuk las belum dapat dipastikan dari sumber resmi; frekuensi ditetapkan prosedur.

Gema terjadi di setiap antarmuka dua bahan yang berbeda. Pulsa yang berpindah dari pegas berat ke pegas ringan memantul tidak terbalik, sedangkan pantulan pada ujung yang tertahan terbalik. Untuk gelombang suara, besaran yang menentukan adalah impedansi akustik $Z = \rho c$, dengan $\rho$ massa jenis (kg/m³) dan $c$ cepat rambat (m/s), dan fraksi intensitas yang dipantulkan:

$R = \left(\frac{Z_2 - Z_1}{Z_2 + Z_1}\right)^2$

Antarmuka baja dan udara memantulkan hampir seluruh energi, sehingga di antara probe dan benda diperlukan cairan kopel. Itulah sebabnya retak berisi udara di dalam baja memberi gema kuat, dan probe di permukaan berkarat yang kering memberi angka ganda atau tidak memberi gema sama sekali. Tebal dinding dihitung dari waktu tempuh bolak-balik, $d = vt/2$, dengan alat yang dikalibrasi pada blok acuan dari bahan yang sama.

Radiografi dan keselamatan radiasi

Uji radiografi (radiographic testing, RT) adalah pemeriksaan bagian dalam benda dengan sinar-X atau sinar gamma yang menembus benda dan merekam perbedaan serapannya pada film atau detektor. Cacat pada logam struktural dapat dideteksi dengan sinar gamma berenergi tinggi dari kobalt-60, mirip cara sinar-X memeriksa tubuh, dan kobalt-60 dibuat dengan aktivasi neutron kobalt-59 lalu meluruh beta menjadi nikel-60 sambil memancarkan gamma. Pori dan terak tampak jelas karena berbeda serapan; retak hanya tampak bila bidangnya hampir sejajar arah sinar.

Peluruhan radioaktif mengikuti kinetika orde satu. Kobalt-60 berwaktu paruh 5,27 tahun, dan intensitas radiasinya sebanding dengan jumlah zat, sehingga sumber harus diganti berkala. Bentuk hukum orde satunya:

$A = A_0 \left(\tfrac{1}{2}\right)^{t/t_{1/2}}$

dengan $A$ aktivitas setelah waktu $t$, $A_0$ aktivitas awal, dan $t_{1/2}$ waktu paruh dalam satuan waktu yang sama dengan $t$. Sumber yang melemah memerlukan waktu penyinaran lebih lama untuk hasil yang sama (Latihan 3).

Daya tembus naik dari alfa, beta, neutron, sampai gamma; sebagian gamma berenergi tinggi dapat menembus beberapa kaki beton; unsur padat bernomor atom tinggi seperti timbal meredam gamma dengan tebal lebih kecil; dan paparan dikurangi dengan perisai, menjauh dari sumber, dan membatasi waktu. Untuk sumber titik tanpa perisai, laju dosis turun dengan kuadrat jarak (Contoh 4). Satuannya: becquerel adalah satu peluruhan per detik dan 1 curie sama dengan $3{,}7 \times 10^{10}$ peluruhan per detik; gray adalah 1 J yang diserap per kg jaringan dan 1 rad sama dengan 0,01 Gy; sievert memperhitungkan efek biologis, dan 100 rem sama dengan 1 Sv. Sebagai skala, dosis sesaat sekitar 500 rem diperkirakan berpeluang 50 persen menyebabkan kematian dalam 30 hari; angka itu bukan batas dosis kerja.

Di Indonesia, pemanfaatan sumber radiasi pengion diawasi Badan Pengawas Tenaga Nuklir (BAPETEN). Menurut materi pelatihan yang diterbitkan di jurnal BATAN, petugas proteksi radiasi harus memiliki sertifikat pelatihan proteksi radiasi dan lulus ujian dari BAPETEN, sedangkan operator dan ahli radiografi lulus ujian tulis dan praktik. Petugas proteksi radiasi (radiation protection officer) adalah petugas yang ditunjuk pemegang izin pemanfaatan sumber radiasi pengion dan dinyatakan mampu oleh badan pengawas dalam proteksi radiasi. Peraturan yang berlaku tentang izin, petugas, dan keselamatan radiografi industri dibaca langsung di BAPETEN dan situs JDIH BAPETEN; bab ini tidak menyebut nomor peraturan karena status berlakunya belum diperiksa per 18 Oktober 2026. Radiografi di hotel atau rumah sakit hanya dikerjakan pihak berizin, dan teknisi tidak boleh berada di area paparan yang dibatasi.

Arus eddy dan kedalaman penetrasi

Uji arus eddy (eddy current testing, ET) adalah pemeriksaan bahan penghantar dengan kumparan berarus bolak-balik yang menginduksi arus melingkar di benda dan membaca perubahan impedansi kumparan akibat retak, penipisan, atau jarak. Ggl induksi dapat dibangkitkan dengan banyak cara, dan arahnya dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan Fleming atau hukum Lenz; induksi dibahas di Bab 11 · Kelistrikan & Kendali tentang magnet dan induksi.

Arus eddy terpusat di permukaan. TWI memberi kedalaman penetrasi standar:

$\delta = \frac{500}{\sqrt{\sigma\,\mu_r\,f}}$

dengan $\delta$ dalam mm, $\sigma$ konduktivitas listrik (MS/m, sama dengan m/(Ω·mm²)), $\mu_r$ permeabilitas relatif, dan $f$ frekuensi (Hz). Pada kedalaman satu $\delta$ rapat arus tinggal sekitar 37 persen nilai permukaan. Rumus ini tidak memperhitungkan ukuran dan jenis kumparan, jarak kumparan ke permukaan, atau tebal benda, jadi $\delta$ adalah perkiraan tingkat bahan, bukan penetrasi efektif probe tertentu.

Menurut TWI, perubahan jarak kumparan ke permukaan (lift-off) yang kecil sudah memberi efek besar pada sinyal, dan efek itu dipakai untuk mengukur tebal lapisan bukan penghantar di atas logam penghantar, seperti cat dan anodisasi di Bab 17 tentang perlakuan permukaan logam. ET hanya bekerja pada bahan penghantar, dan pada baja feromagnetik $\delta$ sangat kecil sehingga diperlukan teknik khusus (Contoh 5). Laporan uji tabung penukar panas yang menyebut "pengurangan dinding 40 persen" pada beberapa tabung adalah keputusan sumbat atau ganti yang dibuat bersama pemilik peralatan dan pemeriksa, bukan oleh teknisi sendirian.

Cacat yang dapat dan tidak dapat ditemukan

Kepekaan nyata setiap metode bergantung pada prosedur, alat, dan personel.

Kualifikasi personel dan membaca laporan

Menurut Standards Australia, AS/NZS ISO 9712:2023 mengadopsi identik ISO 9712:2021, yang menetapkan persyaratan kualifikasi dan sertifikasi personel NDT industri. Menurut ringkasan atas dokumen skema sertifikasi, tugas tiap level adalah sebagai berikut:

1. Level 1 bekerja menurut instruksi tertulis di bawah pengawasan Level 2 atau 3: menyetel alat, melakukan uji, mencatat, mengklasifikasi hasil menurut kriteria tertulis, dan melaporkan. Level 1 tidak memilih metode atau teknik dan tidak menilai hasil.
2. Level 2 memilih teknik, menyetel dan memverifikasi alat, menafsirkan dan menilai hasil menurut kode, standar, dan spesifikasi, menerjemahkan kode ke instruksi NDT, dan membimbing Level 1.
3. Level 3 menetapkan teknik dan prosedur serta menafsirkan kode dan spesifikasi.

Syarat jam pelatihan, pengalaman, dan uji penglihatan tidak dibahas di bab ini; keterangannya diminta dari badan sertifikasi.

Laporan uji yang dapat dipercaya memuat: identitas benda dan lokasi yang diperiksa; metode dan teknik; nomor prosedur dan standar acuan; alat, bahan, nomor seri, kalibrasi, dan blok acuan; kondisi permukaan dan suhu; kriteria penerimaan; lokasi, ukuran, dan jenis setiap indikasi; keputusan diterima atau ditolak; serta nama, level sertifikasi, tanda tangan, dan tanggal. Cara menyusun laporan servis yang baik dibahas di Bab 6 · Kerja Lapangan & Serah Terima tentang laporan servis. Laporan satu baris di kasus pembuka tidak memuat satu pun dari keterangan itu.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya; massa jenis, cepat rambat, dan konduktivitas adalah sifat bahan.

Contoh 1: penetran di celah retak. Penetran dengan $T = 0{,}03$ N/m, $\theta \approx 0$, dan $\rho = 900$ kg/m³ di celah setara $r = 5$ µm: $h = 2 \times 0{,}03/(5 \times 10^{-6} \times 900 \times 9{,}8) = 1{,}4$ m. Gaya kapiler jauh melebihi berat cairan di retak sedalam beberapa milimeter, ke arah mana pun retak itu menghadap; yang menggagalkan uji adalah celah yang tersumbat atau tertutup gerinda.

Contoh 2: mengapa perlu kopel. Dengan massa jenis besi 7,9 g/cm³, $Z_\text{baja} = 7.900 \times 5.900 = 46{,}6 \times 10^6$ Rayl; air 1,48 MRayl; udara $1{,}2 \times 343 = 412$ Rayl. Baja dan air: $R = (45{,}1/48{,}1)^2 = 0{,}88$, sehingga 12 persen energi masuk. Baja dan udara: $R = 0{,}99996$; hampir tidak ada yang masuk tanpa kopel.

Contoh 3: tebal dinding dari gema. Pada dinding bejana baja karbon yang tebal nominalnya 6 mm, gema dinding belakang tiba setelah 1,9 µs. Tebalnya $d = 5.900 \times 1{,}9 \times 10^{-6}/2 = 5{,}6$ mm. Dinding 6 mm seharusnya memberi 2,03 µs. Penipisan 0,4 mm ini dilaporkan bersama lokasinya, dan batas tebal minimum diambil dari perancang atau pemeriksa bejana.

Contoh 4: jarak dan laju dosis. Bila laju dosis di 2 m dari sumber titik tanpa perisai bernilai 100 satuan, di 6 m nilainya $100 \times (2/6)^2 = 11$ satuan dan di 20 m $100 \times (2/20)^2 = 1$ satuan. Batas area paparan tidak dihitung teknisi; batas itu ditetapkan petugas proteksi radiasi dengan alat ukur.

Contoh 5: kedalaman penetrasi arus eddy. Dengan rumus TWI: tembaga 58 MS/m pada 100 kHz, $\delta = 500/\sqrt{58 \times 10^5} = 0{,}21$ mm; aluminium 35 MS/m pada 10 kHz, 0,85 mm; baja tahan karat austenitik 1,4 MS/m pada 100 kHz, 1,34 mm; baja karbon 6 MS/m dengan $\mu_r = 100$ sebagai angka contoh pada 100 kHz, 0,065 mm. Rumus SI $\delta = 1/\sqrt{\pi f \mu \sigma}$ untuk tembaga memberi 0,209 mm, sama.

Contoh 6: menjawab manajer di kasus pembuka. Tangki baja tahan karat austenitik tidak dapat diuji partikel magnet. Untuk retak permukaan dipakai penetran setelah permukaan dibersihkan menurut prosedur tanpa menggencet mulut retak, dan untuk tebal dinding atau cacat di dalam dipakai ultrasonik, keduanya dengan metode yang dipilih Level 2. Rangka angkat dari baja karbon dapat diuji partikel magnet dalam dua arah, dan selama belum dinilai, rangka itu tidak dipakai. Teknisi tidak menandatangani laporan satu baris sebagai penerimaan; ia meminta laporan lengkap menurut daftar isi laporan di bagian kualifikasi.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan dan serahkan ke pihak berwenang bila:

1. Radiografi akan dilakukan. Hanya pihak berizin BAPETEN dengan petugas proteksi radiasi yang boleh bekerja; teknisi keluar dari area yang dibatasi, tidak melewati tali atau tanda radiasi, dan mengikuti perintah petugas itu.
2. Wadah sumber radiasi tampak rusak, sumber diduga tidak kembali ke wadahnya, atau alat ukur radiasi berbunyi di luar area. Menjauh, cegah orang lain mendekat, dan laporkan ke petugas proteksi radiasi dan pemegang izin.
3. Bejana bertekanan, pipa uap, atau rangka angkat menunjukkan retak, rembesan, atau indikasi. Benda dikeluarkan dari layanan, energi diisolasi, dan tekanan dibuang menurut Bab 1 · Keselamatan tentang energi tersimpan dan kondisi berhenti sampai dinilai insinyur dan pemeriksa berwenang.
4. Teknisi diminta melakukan atau menandatangani uji untuk keputusan penerimaan tanpa sertifikat dan prosedur.
5. Laporan tidak memuat prosedur, kriteria, level personel, atau tanda tangan; laporan itu tidak diterima sebagai bukti kelaikan.
6. Penetran atau pembersihnya dipakai di ruang tertutup atau dekat sumber panas; bahan semprot biasanya mudah terbakar, jadi ventilasi dan lembar data keselamatannya diikuti.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Bab 13 · Mekanikal & Mekatronika tentang sambungan las memuat cacat las dan batas wewenang pemeriksaan; Bab 5 tentang sifat mekanis memuat uji merusak; Bab 7 tentang mekanisme kegagalan memuat retak korosi tegangan; Bab 14 tentang metalurgi daerah las memuat retak hidrogen dan retak panas; Bab 12 tentang pengecoran memuat cacat cor; dan Bab 17 tentang perlakuan permukaan logam memuat lapisan yang tebalnya diukur dengan arus eddy. Fisika dasarnya ada di Bab 14 · Fisika tentang gelombang, Bab 19 · Fisika tentang bahan magnet, dan Bab 11 · Kelistrikan & Kendali tentang induksi. Bab 1 · Keselamatan tentang bahaya dan energi tersimpan memberi kondisi berhenti, Bab 6 · Kerja Lapangan & Serah Terima tentang laporan servis memberi isi laporan servis, dan Bab 9 · Keselamatan tentang mengangkat beban memberi aturan untuk rangka angkat.

Latihan dan pembahasan

Referensi