ALAT UJI FLUKS MAGNETIK UNTUK MENDETEKSI KERETAKAN PLAT BAJA

PENDAHULUAN.
Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi telah mempengaruhi perkembangan segala produk, diantaranya kendaraan tempur TNI AD yang semakin canggih dan modern. Kecanggihan kendaraan tempur tersebut didukung dengan bodi yang terbuat dari plat baja. Semua plat baja yang dipergunakan diharapkan dalam keadaan baik dan bebas dari cacat atau keretakan. Karena bila plat tersebut retak akan membahayakan bodi kendaraan lapis baja terhadap penetrasi peluru maupun senjata berat.
Untuk mewujudkan hal tersebut tentunya tidak mudah, karena terbatasnya alat peralatan dibengkel Angkatan Darat belum dapat memelihara dan merawat peralatan dan kendaraan dengan baik. Contohnya didalam mendeteksi cacat pada plat baja, TNI khususnya Angkatan Darat hanya memiliki alat untuk mendeteksi cacat pada plat baja dengan jumlah yang terbatas. Keterbatasan alat tersebut dikarenakan dana pembelian alat tersebut yang terbatas padahal kebutuhan TNI sangat banyak, tidak hanya untuk pembelian alat peralatan saja. Untuk memenuhi tuntutan itu perlu diupayakan pembuatan alat yang efektif dan ekonomis, yaitu dengan menggunakan metode magnetik. Alat ini berfungsi untuk mengetahui keretakan pada plat baja secara dini, sehingga plat yang akan digunakan terhindar dari cacat yang dapat mempengaruhi kekuatan dari plat baja tersebut.


MAGNET.
Kemagnetan mempunyai sifat yaitu mampu menarik besi. Daerah pada magnet yang mempunyai kekuatan menarik besi terbesar yaitu pada daerah yang terletak diujung-ujung magnet dan disebut kutub magnet. Pada setiap magnet selalu ada dua kutub yaitu kutub utara dan kutub selatan.
Bila sebuah magnet batang dipotong ditengah menjadi dua bagian, maka akan terjadi kutub-kutub baru dengan polaritas yang berlawanan pada kedua ujung potongan. Setiap seperdua magnet batang itu memiliki sebuah kutub utara dan sebuah kutub selatan. Jadi setiap magnet yang dipotong dua akan menghasilkan dua magnet baru yang lebih kecil. Bagian terkecil sekalipun yang telah dipotong akan bersifat magnet. Bagian-bagian magnet kecil yang menyusun sebuah magnet disebut magnet elementer. Semua bahan magnetik seperti besi atau baja tersusun dari magnet-magnet elementer juga. Dalam besi atau baja yang bersifat magnet terletak magnet-magnet elementer yang tidak teratur (berarah secara acak) dan arahnya membentuk hubungan tertutup. Sehingga tidak memberikan pengaruh magnetik keluar. Arah-arah magnet elementer dapat diubah menjadi teratur dengan jalan mendekatkan magnet tetap pada bahan magnetik atau dengan jalan menggosokkan kutub magnet tetap pada bahan fero magnetik dalam satu arah secara terus menerus. Tetapi yang lazim digunakan adalah dengan cara melilitkan kumparan berarus bahan magnetik sehingga bahan tersebut menjadi magnet.

Bila pada besi atau baja itu didekatkan dengan sebuah magnet atau lilitan kumparan berarus, maka sebagian atau seluruh magnet-magnet elementer arahnya menjadi teratur. Magnet-magnet elementer mengarahkan diri sedemikian rupa, sehingga kutub utara dan kutub selatan masing-masing magnet elementer menghadap kearah yang sama dan akhirnya besi atau baja itu akan menjadi magnet. Kemagnetan menyebabkan semua magnet elementer mengarahkan diri sehingga membentuk kutub utara dan kutub selatan pada satu arah yang sama. Semakin banyak magnet-magnet elementer yang mengarahkan diri didalam bahan magnetik, maka semakin kuat pengaruh magnetiknya.

Sifat-sifat Magnet.
Suatu bahan disebut magnet apabila mempunyai dua karakteristik yaitu :
a. Efek gaya (magnet dapat menarik besi). Magnet batang yang dicelupkan kedalam serbuk besi akan menarik sejumlah serbuk tersebut. Sebagian besar serbuk besi akan menempel pada kedua ujung magnet batang, sedangkan pada bagian tengah magnet batang hampir tidak ada yang menempel. Ujung-ujung magnet batang yang paling banyak menarik serbuk besi dinamakan kutub magnet. Jadi bagian magnet yang gaya tariknya paling besar adalah kutub-kutub magnet. Bila dua buah magnet didekatkan maka kutub magnet yang senama akan tolak menolak dan sebaliknya bila kutub magnet yang tidak senama didekatkan akan tarik menarik.

b. Efek pengarahan (jika dapat bergerak bebas, magnet akan mengarah ke utara dan selatan). Efek pengarahan banyak dimanfaatkan dalam pembuatan kompas yang banyak digunakan untuk navigasi dalam pelayaran atau lainnya. Dikarenakan bumi merupakan sebuah magnet raksasa, maka jarum kompas dapat berputar bebas dan selalu mengambil posisi menunjukkan kearah utara dan selatan. Jadi setiap magnet memiliki satu kutub utara dan satu kutub selatan yang disebabkan oleh efek pengarahannya.

Macam-macam Magnet.

Berdasarkan sifat kemagnetannya magnet dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu :
a. Magnet permanen. Magnet permanen adalah suatu bahan yang dapat menghasilkan medan magnet yang besarnya tetap tanpa adanya pengaruh dari luar atau disebut magnet alam karena memiliki sifat kemagnetan yang tetap. Magnet permanen dibuat orang dalam berbagai bentuk dan dapat dibedakan menurut bentuknya menjadi :
- Magnet batang
- Magnet ladam (sepatu kuda)
- Magnet jarum
- Magnet silinder
- Magnet lingkaran

b. Magnet remanen.
Magnet remanen adalah suatu bahan yang hanya dapat menghasilkan medan magnet yang bersifat sementara. Medan magnet remanen dihasilkan dengan cara mengalirkan arus listrik atau digosok-gosokkan dengan magnet alam. Bila dialiri arus listrik, besarnya medan magnet yang dihasilkan tergantung pada besar arus listrik yang dialirkan. Medan magnet remanen yang digunakan dalam praktek kebanyakan dihasilkan oleh arus dalam kumparan yang berinti besi. Agar medan magnet yang dihasilkan cukup kuat, kumparan diisi dengan besi atau bahan sejenis besi dan sistem ini dinamakan elektromagnet. Keuntungan elektromagnet adalah bahwa kemagnetannya dapat dibuat sangat kuat, tergantung dengan arus yang dialirkan. Dan kemagnetannya dapat dihilangkan dengan memutuskan arus listriknya.

Kurva Histerisis.
Kurva histerisis merupakan hubungan antara B dan H berbentuk siklus dan spesifikasi untuk tiap-tiap jenis bahan. Kurva histeris sempit menunjukkan bahan yang mudah dimagnetisasi dan memiliki magnet sisa yang kecil. Kurva histerisis lebar menunjukkan bahan yang susah dimagnetisasi dan memiliki magnet sisa yang besar.
B adalah rapat fluks magnetik dan H adalah medan pemagnet, dimana jika medan pemagnet (H) dihilangkan maka sejumlah remanen atau magnet sisa masih tetap ada.


Uji Partikel Magnetik dengan menggunakan Yoke.
Ide dasar uji partikel magnetik dengan menggunakan yoke adalah untuk menentukan lokasi dan mengidentifikasi cacat (diskontinyuitas) pada baja dengan menggunakan magnetik yoke. Yoke adalah alat pembangkit medan magnet yang berbentuk U. Yoke dirancang dengan menggunakan bahan dari gabungan lempengan-lempengan baja yang dibentuk menyerupai huruf U dan ditengah-tengahnya diberi lilitan kawat yang terbuat dari tembaga. Didalam penyusunannya lempengan-lempengan diatur secara zig-zag antara satu dengan lempengan lainnya, dengan tujuan untuk menghasilkan medan magnet yang kuat.

Besarnya yoke yang akan dibuat disesuaikan dengan kebutuhan kita, karena besarnya yoke menentukan jumlah lilitan kawat tembaga yang akan digulung ditengah-tengah yoke. Dalam perencanaan alat uji fluks magnetik ini digunakan lempengan besi baja penyusun yoke sebanyak 45 buah, dengan dimensi sebagai berikut :
a. Panjang : 8cm
b. Lebar : 1,6 cm
c. Tebal : 1 mm
Kawat tembaga yang dililitkan ditengah-tengah yoke terbuat dari tembaga. Kawat tembaga digulung ditengah-tengah yoke dengan menggunakan alat penggulung khusus di bengkel penggulung dinamo.

a. Rectifier. Pada dasarnya rangkaian ini berfungsi untuk mengubah tegangan listrik AC menjadi tegangan DC. Pada rangkaian ini tegangan AC dari PLN diturunkan terlebih dahulu dengan menggunakan trafo step-down, selanjutnya dirubah menjadi tegangan DC dengan menggunakan penyearah gelombang penuh dengan sistem jembatan. Sistem ini menggunakan empat buah diode.
Diode merupakan komponen elektronika dengan dua terminal dan terbentuk dari dua jenis semikonduktor (silikon jenis N dan jenis P). Komponen ini mampu dialiri oleh arus secara mudah dalam satu arah, tetapi amat sukar dalam arah kebalikannya.Tanda panah yang terdapat pada diode menunjukkan arah yang dapat dialiri oleh arus secara mudah. Diode dibuat dalam berbagai bentuk dan ukuran, dimana diode yang lebih besar mampu untuk dipakai pada daya yang lebih besar. Pada gambar dibawah ini digambarkan rangkaian rectifier dengan menggunakan diode sistem jembatan.


Selain diode, rangkaian rectifier juga menggunakan kapasitor. Kapasitor merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik. Kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan listrik disebut kapasitansi, dimana muatan ini disebabkan oleh muatan positif yang kehilangan elektron dan muatan negatif yang memperoleh elektron. Kapasitor yang dapat digunakan terdapat bermacam-macam, tetapi semuanya terbagi dalam dua kelompok yaitu kapasitor nonelektrolitis yang tidak mempunyai kutub dan elektrolitis yang mempunyai terminal positif dan negatif.
Pada gambar dibawah ini digambarkan rangkaian kapasitor elektrolit :



Pada setengah siklus pertama bila bagian atas dari kumparan sekunder trafo bertegangan positif, maka arus mengalir lewat D1, RL, D4 dan kembali ke bagian bawah kumparan sekunder. Pada separoh siklus berikutnya arus mengalir dari bagian bawah kumparan sekunder lewat D2, RL, D3, dan kembali ke bagian atas kumparan sekunder. Keuntungan sistem jembatan ini adalah ukuran trafo lebih kecil karena tanpa titik sadap tengah, tetapi diode yang digunakan menjadi empat buah.

b. Rangkaian multivibrator. Multivibrator termasuk kelompok sirkit pengubah elektronis yang juga dikenal sebagai osilator relaksasi, karena dalam operasi transistornya diputuskan untuk suatu jangka waktu tertentu. Multivibrator memakai dua buah transistor, dimana pada suatu saat ketika beroperasi sebuah transistor dalam keadaan on dan transistor yang lain off. Multivibrator jenisnya bermacam-macam, untuk lebih jelasnya akan dijelaskan sebagai berikut :
- Multivibrator stabil. Jenis ini sering disebut multivibrator yang bekerja bebas karena tidak memerlukan sinyal input tersendiri dan memproduksi deretan gelombang siku-siku yang kontinyu pada outputnya.

- Multivibrator bistabil (dua kestabilan). Jenis ini sering disebut flip-flop karena mempunyai dua keadaan operasi yang stabil. Kalau diberikan suatu sinyal input, output berubah dari satu keadaan operasi stabil ke keadaan yang lain.

- Multivibrator monostabil (kestabilan tunggal). Jenis ini kadang-kadang disebut multivibrator satu pukulan. Di sini pemberian sinyal input menyebabkan output berubah ke suatu keadaan lain yang pada hakekatnya stabil. Output tetap berada dalam keadaan seperti itu selama beberapa waktu (tergantung pada ukuran komponen). Setelah itu output kembali ke keadaan semula. Sirkit multivibrator jenis ini dipakai untuk membentuk pulsa atau untuk menghasilkan penundaan waktu yang lamanya tidak tergantung dari pulsa pemacu input. Sirkit multivibrator monostabil diperlihatkan pada gambar dibawah ini :

Keadaan operasi stabil sirkuit ini diperoleh bila TR2 on dan TR1 off. TR2 on oleh basis melalui R3 dan tegangan kolektor TR2 rendah. Bias negatif yang diberikan kebasis TR1 memperkuat keadaan tetap matinya TR1. Kapasitor C terisi sampai +Vcc volt dengan polaritas yang terlihat pada gambar.
Sirkuit itu dapat dipacu ke keadaan yang pada hakekatnya stabil dengan memberikan pulsa positif ke basis TR1, yang membawa TR1 ke keadaan on dan ini menghubungkan plat kapasitor C sebelah kiri ke ground.
Tindakan ini membawa tegangan kapasitor (- Vcc volt) ke basis TR2, sehingga mematikan TR2. Pada saat yang sama tegangan kolektor TR2 yang naik diberikan ke TR1, sehingga TR1 tetap dalam keadaan on. Tegangan kapasitor ( pada basis TR2 ) sekarang terisi dari - Vcc menuju ke +Vcc pada kecepatan yang tergantung pada konstanta waktu CR3. Bentuk gelombang multivibrator monostabil ditunjukkan gambar dibawah ini :


c. Rangkaian Pulse Width Modulation. Rangkaian Pulse Width Modulation ( PWM ) merupakan suatu rangkaian elektronik yang berfungsi untuk mengatur arus listrik yang akan digunakan. Besarnya arus listrik yang akan digunakan diatur sesuai kebutuhan dengan mengatur potensio meter pada skala yang dibutuhkan. Gambar dibawah ini menggambarkan rangkaian dan pulse width modulation.


Pada pembuatan alat uji fluks magnet ini rangkaian pulse width modulation (PWM) dibuat untuk mengatur tegangan output agar sesuai dengan kebutuhan inputan tegangan yang dibutuhkan lilitan ditengah yoke.


MULTIVIBRATOR DAN PULSE WIDTH MODULATION (PWM).
Multivibrator merupakan kelompok sirkit pengubah elektronik yang juga dikenal sebagai osilator relaksasi, karena dalam operasi transistor-transistornya diputuskan untuk suatu jangka waktu tertentu. Gelombang outputnya berbentuk siku-siku atau pulsa segi empat. Multivibrator memakai dua buah transistor, dimana pada suatu saat ketika beroperasi sebuah transistor dalam keadaan on dan transistor yang lain off. Dalam pembuatan alat uji partikel magnet ini digunakan jenis multivibrator monostabil, karena dengan menggunakan jenis ini output frekwensi tegangan listrik yang dikeluarkan dapat diatur sesuai kebutuhan. Pengaturan frekwensi tegangan listrik yang akan digunakan dapat ditentukan dengan memutar potensio meter pada skala yang dibutuhkan. Besar-kecilnya frekwensi tegangan listrik yang dialirkan akan mempengaruhi besar-kecilnya kuat medan magnet yang dihasilkan oleh yoke magnet.
Pulse Width Modulation (PWM) merupakan suatu rangkaian elektronik yang berfungsi untuk mengatur arus listrik yang akan digunakan. Besarnya arus listrik yang akan digunakan diatur sesuai kebutuhan dengan mengatur potensio meter pada skala yang dibutuhkan. Pada pembuatan alat uji partikel magnet ini rangkaian multivibrator dan rangkaian pulse width modulation (PWM) digabungkan menjadi satu rangkaian.


Yoke.
Dalam perencanaan pembuatan magnet yoke meliputi langkah-langkah pengerjaan sebagai berikut :
a. Untuk bentuk yoke kita pergunakan lempengan-lempengan besi yang dipotong dan dirakit sedemikian rupa berbentuk “U” yang dapat menghasilkan medan magnet dari masing-masing kakinya.
Dalam penyusunan lempengan-lempengan diatur secara zig-zag antara lempengan satu dengan lempengan yang lainnya, agar menghasilkan medan magnet yang kuat. Setelah lempengan-lempengan tersusun sehingga berbentuk “U” maka untuk menghindari agar lempengan-lempengan tersebut tidak lepas dalam hal ini kita rendam kedalam cairan isolasi. Untuk merapatkan lempengan tersebut dibuat lubang skrup yang terletak di kaki-kaki yoke tersebut.

b. Setelah bentuk yoke selesai barulah dilakukan perakitan lilitan yang terletak ditengah-tengah yoke. Sebelum lilitan dibuat terlebih dahulu dipasang isolator berupa kertas, isolator dipasang secara melintang pada posisi ditengah-tengah yoke yang ukurannya disesuaikan dengan lebar lilitan. Untuk perakitan lilitan dilakukan di bengkel penggulungan dinamo dengan cara menggunakan cetakan gulung secara mekanik sesuai dengan lebar yoke. Kawat yang digunakan terbuat dari tembaga. Setelah lilitan selesai dibuat kemudian dilapisi bahan isolator lagi.
c. Setelah semuanya terangkai barulah yoke tersebut direndam kedalam cairan isolasi perekat dengan tujuan supaya lilitan tersebut tidak terurai lagi setelah dilepas dari cetakannya.
d. Sumber arus DC hasil outputan dari rangkaian penyearah dan kombinasi rangkaian elektronika yang lainnya dihubungkan dengan lilitan pada yoke, sehingga terjadi medan magnet pada yoke.
e. Besar kecilnya medan magnet yang dihasilkan dapat diatur sesuai kebutuhan agar kepekaan alat dalam pengujian dapat ditentukan.
f. Seluruh rangkaian yoke telah siap diujikan untuk mendeteksi keretakan pada plat baja.
g. Hasil pengujian benda uji ditampilkan pada layar display penampil data kuat magnet listrik ( fluks ).

Dimana semakin besar nilai fluks yang ditampilkan pada display, dengan demikian plat baja tersebut mengalami cacat atau keretakan semakin sedikit. Hal ini disebabkan karena aliran magnet listrik yang mengalir tidak mengalami hambatan, sehingga kuat medan magnet yang dihasilkan semakin besar pula.


Untuk mengetahui apakah metode elektromagnet yoke tersebut telah berhasil atau belum maka hendaknya dilakukan kalibrasi terlebih dahulu, dimana metode ini mempunyai kemampuan untuk menghasilkan fluks magnetik sebesar 322 Weber. Pengecekan magnetisasi dilakukan untuk menjamin kekuatan magnet dalam pengujian. Kekuatan magnet dalam metode yoke hendaknya dicek terlebih dahulu sebelum digunakan, karena kapan saja metode yoke dapat mengalami kerusakan yang dapat mempengaruhi keakuratan dalam pegujian bahan.


PRINSIP KERJA ALAT.

Tegangan input sebesar 220 volt AC diturunkan dan disearahkan tegangannya menjadi 35 volt DC. Tegangan DC sebesar 35 volt dari rectifier digunakan sebagai inputan tegangan untuk rangkaian multivibrator dan pulse width modulation. Pada rangkaian multivibrator, inputan tegangan 35 volt DC dikuatkan frekwensinya sehingga terjadi penguatan getaran elektromagnet. Getaran elektromagnet perlu dikuatkan agar kuat magnet listrik yang dihasilkan dapat dibaca oleh sensor magnet listrik. Kemudian pada rangkaian pulse width modulation, inputan tegangan sebesar 35 volt DC diatur lebar duty cyclenya, dimana arus tegangan yang diterima dapat diatur sesuai kebutuhan dengan memutar potensio meter. Rangkaian multivibrator dan pulse width modulation menghasilkan tegangan output, dimana tegangan output ini selanjutnya dihubungkan pada coil yang terdapat ditengah-tengah yoke. Dimana yoke berfungsi sebagai pembangkit magnet listrik. Apabila saklar diatur pada posisi on, maka aliran listrik akan mengalir ke rangkaian rectifier, kemudian menuju rangkaian multivibrator dan pulse width modulation dan akhirnya mengalir pada coil atau lilitan ditengah-tengah yoke, sehingga terjadi magnet listrik pada yoke. Magnet listrik yang ditimbulkan yoke digunakan untuk mendeteksi keretakan pada plat baja, kuat magnet listrik yang dihasilkan yoke dapat dibaca oleh sensor dan dimanipulator untuk selanjutnya ditampilkan oleh display berupa angka-angka digital agar mudah dibaca.


Benda Uji.

Dalam uji partikel magnet ini digunakan benda uji dari baja karbon ST 37 dengan ketebalan 10 mm. Pengambilan bahan material tersebut dilakukan karena terdapat bermacam-macam benda uji yang dapat dipakai sebagai material uji. Bahan baja karbon ST 37 yang digunakan ada enam buah dengan ketebalan yang sama, akan tetapi jumlah cacatnya dibuat berbeda-beda. Hal ini dimaksudkan agar hasil uji partikel magnet nantinya bisa lebih akurat.


Dari pengujian material dapat diketahui besarnya reluktansi magnet yang berbeda-beda dari keenam buah benda uji. Hal ini dikarenakan jumlah cacat yang diberikan juga berbeda-beda, dimana semakin banyak cacat yang dimiliki oleh benda uji maka semakin besar nilai reluktansinya. Dimana benda uji yang memiliki cacat maka pada benda uji tersebut terdapat kebocoran medan maget yang dapat menghambat aliran medan magnet.

Untuk lebih jelasnya ukuran benda uji, plat baja ST-37 yang digunakan dalam pengujian





KESIMPULAN.

a. Kuat magnet listrik sebesar 322 weber, mampu mendeteksi keretakan pada plat baja ST-37 dengan ketebalan plat 1 cm.

b. Metode elektromagnetik yoke bentuknya relatif kecil dan mudah digunakan.

c. Semakin besar kuat magnet listrik yang ditimbulkan oleh yoke maka semakin besar kemampuan alat ukur untuk mendeteksi keretakan pada plat baja.




SARAN.
Dari beberapa kesimpulan diatas maka dapat diberikan beberapa saran diantaranya adalah sebagai berikut :

a. Perlu dilakukan standarisasi tentang hubungan antara keretakan plat baja dengan reluktansinya.

b. Perlu dilakukan penelitian alat uji fluks magnetik dengan menggunakan benda uji dengan jenis plat baja yang berbeda.

c. Perlu dikembangkan untuk membuat alat ukur metode elektromagnetik yoke dengan sensitifitas ukur yang lebih besar, sehingga mampu mendeteksi keretakan plat baja yang lebih halus (retak rambut).




DAFTAR PUSTAKA

1. Achyanto, Djoko, Th 1997, Mesin-mesin Listrik, Erlangga, Jakarta.

2. Brown, David, Th 1984, Electromechanical, Macmillan Publishing Company, Germany.

3. Grabel, Arvin, Th 1985, Dasar-dasar Elektroteknik, Erlangga, Jakarta.

4. Malvino, Paul, Albert, Th 2004, Prinsip-Prinsip Elektronika, Salemba Teknika, Jakarta.

5. Pranata, S, Sumarna, Th 1990, Sistematika Fisika, Angkasa, Bandung.

6. S, Wacik, Jero, Th 1985, Ringkasan Fisika, Ganeca Exact, Bandung.

7. Toyota, Th 2000, Fundamentals of Servicing, Astra Motor, Surabaya.

8. Widodo, Sri, Thomas, Th 2002, Elektronika Dasar, Salemba Teknika, Jakarta.

9. Woollard, Barry, Th 2004, Elektronika Praktis, Pradnya Paramita, Jakarta.