Pengujian Eddy-Current pada Baja: Menjamin Kualitas dan Mendeteksi Cacat

Definisi dan Konsep Dasar

Pemeriksaan arus eddy (ECT) adalah teknik evaluasi non-destruktif (NDE) yang digunakan untuk mendeteksi cacat permukaan dan bawah permukaan, mengukur sifat material, dan menilai integritas komponen logam, terutama di industri baja. Teknik ini beroperasi berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, di mana arus bolak-balik diinduksi dalam kumparan yang ditempatkan dekat spesimen uji, menghasilkan arus eddy lokal dalam material konduktif.

Arus eddy yang diinduksi ini sensitif terhadap variasi dalam konduktivitas listrik material, permeabilitas magnetik, dan keberadaan diskontinuitas seperti retakan, korosi, atau inklusi. Perubahan dalam aliran arus eddy mengubah impedansi kumparan, yang dapat diukur dan dianalisis untuk mengidentifikasi cacat atau mengkarakterisasi sifat material.

Pemeriksaan arus eddy sangat penting untuk jaminan kualitas baja karena memberikan kemampuan inspeksi yang cepat, akurat, dan tanpa kontak. Teknik ini banyak digunakan selama proses manufaktur, perlakuan panas, dan pemeliharaan untuk memastikan produk baja memenuhi standar dan kriteria kinerja yang ditentukan. Sebagai metode NDE yang serbaguna, ECT melengkapi teknik pengujian lainnya seperti pengujian ultrasonik atau partikel magnetik, membentuk pendekatan komprehensif untuk penilaian integritas baja.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, hasil pemeriksaan arus eddy biasanya ditampilkan sebagai sinyal listrik atau pembacaan impedansi yang bervariasi dengan keberadaan cacat atau perubahan sifat material. Ketika cacat seperti retakan atau korosi ada, arus eddy terganggu, menyebabkan perubahan yang dapat diukur dalam impedansi kumparan, sering kali direpresentasikan secara grafis sebagai perubahan amplitudo atau fase.

Secara mikroskopis, manifestasi melibatkan perubahan lokal dalam medan elektromagnetik di dalam baja. Misalnya, retakan mengganggu aliran arus eddy, menciptakan daerah dengan kepadatan arus yang berkurang. Korosi atau inklusi memodifikasi konduktivitas listrik dan permeabilitas magnetik secara lokal, mempengaruhi distribusi arus eddy dan dengan demikian sinyal uji.

Ciri khas yang mengidentifikasi fenomena ini termasuk pengurangan amplitudo sinyal, pergeseran fase, atau anomali impedansi pada frekuensi tertentu. Ciri-ciri ini membantu membedakan antara berbagai jenis cacat dan menilai tingkat keparahannya. Kedalaman dan ukuran cacat mempengaruhi besarnya perubahan impedansi, memungkinkan evaluasi kuantitatif.

Mekanisme Metalurgi

Dasar metalurgi fundamental dari pemeriksaan arus eddy bergantung pada sifat elektromagnetik baja, terutama konduktivitas listrik dan permeabilitas magnetik. Ketika medan magnet bolak-balik diterapkan melalui kumparan, arus eddy yang berputar diinduksi dalam mikrostruktur baja.

Fitur mikrostruktur seperti batas butir, inklusi, dan batas fase mempengaruhi respons elektromagnetik lokal. Misalnya, inklusi seperti oksida atau sulfida dapat mengubah konduktivitas lokal, sementara fase mikrostruktur dengan sifat magnetik yang berbeda mempengaruhi permeabilitas. Variasi ini menyebabkan perubahan yang dapat dideteksi dalam aliran arus eddy.

Cacat seperti retakan atau lubang korosi memperkenalkan diskontinuitas yang mengganggu atau mendistorsi jalur arus eddy. Retakan, yang bersifat non-konduktif atau kurang konduktif, menyebabkan anomali impedansi dengan mengurangi aliran arus di seluruh cacat. Korosi mengurangi konduktivitas lokal, yang juga mempengaruhi distribusi arus eddy. Kondisi pemrosesan seperti perlakuan panas mempengaruhi mikrostruktur dan tegangan sisa, yang pada gilirannya mempengaruhi respons elektromagnetik.

Sistem Klasifikasi

Hasil pemeriksaan arus eddy sering diklasifikasikan berdasarkan tingkat keparahan, jenis cacat, atau karakteristik sinyal. Skema klasifikasi umum meliputi:

• Tingkat keparahan: Minor, moderat, atau parah berdasarkan besarnya perubahan impedansi.
• Jenis cacat: Retakan permukaan, retakan bawah permukaan, lubang korosi, inklusi, atau porositas.
• Peringkat berbasis sinyal: Kriteria lulus/gagal yang ditetapkan oleh nilai impedansi ambang atau pergeseran fase.

Kriteria klasifikasi yang distandarisasi diuraikan dalam berbagai standar industri, memungkinkan interpretasi yang konsisten di berbagai aplikasi. Misalnya, perubahan impedansi kecil mungkin diklasifikasikan sebagai cacat permukaan minor, sementara anomali yang lebih besar menunjukkan cacat kritis yang memerlukan perbaikan atau penolakan.

Dalam aplikasi praktis, klasifikasi ini membimbing pengambilan keputusan, seperti apakah menerima, mengolah ulang, atau menolak komponen baja. Mereka juga memfasilitasi dokumentasi dan pelacakan dalam proses kontrol kualitas.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Metode deteksi inti melibatkan penempatan kumparan, yang diberi energi dengan arus bolak-balik, dekat permukaan baja. Medan magnet kumparan menginduksi arus eddy dalam material. Variasi dalam sifat elektromagnetik material, yang disebabkan oleh cacat atau perubahan sifat, mengubah impedansi kumparan.

Pengaturan peralatan biasanya mencakup kumparan probe yang terhubung ke analizer impedansi atau instrumen arus eddy khusus. Probe dapat dikonfigurasi sebagai probe permukaan atau internal, tergantung pada kedalaman inspeksi dan lokasi cacat. Frekuensi kumparan dapat disesuaikan untuk mengoptimalkan sensitivitas untuk jenis cacat atau kedalaman tertentu.

Prinsip fisik bergantung pada induksi elektromagnetik: medan magnet bolak-balik menginduksi arus eddy, yang menghasilkan medan magnetnya sendiri yang menentang yang asli. Diskontinuitas mengganggu keseimbangan ini, menyebabkan variasi impedansi yang dapat diukur. Sistem deteksi mencatat perubahan ini sebagai sinyal yang dapat diproses dan ditampilkan untuk analisis.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional seperti ASTM E1004, ISO 15549, dan EN 17739 mengatur prosedur pemeriksaan arus eddy untuk baja dan logam lainnya. Standar ini menetapkan metode pengujian, prosedur kalibrasi, dan kriteria penerimaan.

Prosedur pengujian yang khas meliputi:

• Kalibrasi instrumen menggunakan standar referensi dengan ukuran cacat atau konduktivitas yang diketahui.
• Pembersihan permukaan untuk menghilangkan kotoran, minyak, atau pelapis yang dapat mengganggu pengikatan elektromagnetik.
• Pemilihan jenis kumparan dan frekuensi yang sesuai berdasarkan ukuran dan kedalaman cacat.
• Pemindaian sistematis permukaan spesimen atau daerah bawah permukaan, menjaga orientasi probe dan jarak angkat yang konsisten.
• Mencatat sinyal impedansi atau fase di setiap titik pemindaian.
• Analisis data untuk mengidentifikasi anomali yang melebihi ambang batas yang telah ditentukan.

Parameter kritis meliputi frekuensi kumparan, jarak angkat, kecepatan pemindaian, dan penyaringan sinyal. Ini mempengaruhi sensitivitas, resolusi, dan kemampuan untuk membedakan antara jenis cacat dan variasi material.

Persyaratan Sampel

Sampel harus disiapkan sesuai dengan spesifikasi standar, memastikan permukaan yang bersih dan halus bebas dari korosi, cat, atau kekasaran permukaan yang dapat mendistorsi pengikatan elektromagnetik. Kondisi permukaan, seperti penggilingan atau pemolesan, meningkatkan akurasi pengujian.

Untuk deteksi cacat internal, spesimen mungkin memerlukan geometri atau titik akses tertentu untuk memfasilitasi penempatan probe. Posisi dan orientasi sampel yang konsisten sangat penting untuk reproduktifitas.

Pemilihan sampel mempengaruhi validitas pengujian; sampel representatif dengan jenis dan ukuran cacat yang diketahui digunakan untuk kalibrasi dan validasi. Sampel yang disiapkan dengan baik memastikan bahwa hasil pengujian mencerminkan kondisi material dengan akurat.

Akurasi Pengukuran

Presisi pengukuran tergantung pada kalibrasi peralatan, konfigurasi probe, dan keterampilan operator. Repetabilitas dicapai melalui prosedur yang dist