ABSTRAK
Permukaan baja sering kali dibersihkan menggunakan abrasive blasting sebelum aplikasi lapisan pelindung (protective coating). Profil permukaan yang dihasilkan, yang terkadang disebut anchor pattern, terdiri dari pola kompleks berupa puncak dan lembah yang harus dinilai secara akurat untuk memastikan kesesuaiannya dengan spesifikasi pekerjaan atau kontrak.
Parameter yang dapat diukur meliputi tinggi profil (profile height), jumlah puncak (peak count), kepadatan puncak (peak density), dan peningkatan luas permukaan (surface area increase/rugosity).
Dalam industri protective coating, replica tape banyak digunakan untuk mengukur profil permukaan. Namun, seperti sebagian besar metode pengukuran lapangan lainnya, replica tape umumnya hanya digunakan untuk menentukan tinggi profil maksimum. Parameter tekstur permukaan lainnya yang tidak kalah penting dapat diperoleh menggunakan mikroskop elektron, mikroskop konfokal, atau laser profiler interferometrik. Namun, instrumen tersebut berukuran besar, kompleks, dan mahal sehingga kurang sesuai untuk penggunaan di lapangan.
Replica tape menghasilkan salinan terbalik dari profil permukaan baja yang telah dibersihkan menggunakan abrasive blasting. Artikel ini mengkaji kembali replica tape sebagai sumber informasi untuk memperoleh parameter profil permukaan lainnya yang dibutuhkan oleh para profesional di bidang coating.
Artikel ini menjelaskan bagaimana informasi baru yang bernilai dapat diperoleh dari replica tape menggunakan perangkat lapangan yang sederhana dan berbiaya relatif rendah.
PENDAHULUAN
Permukaan baja setelah proses abrasive blasting terdiri dari ketidakteraturan acak berupa puncak dan lembah yang tidak mudah dikarakterisasi (Gambar 1). Karakteristik permukaan hasil blasting dapat menjadi salah satu faktor yang memengaruhi daya lekat cat (paint adhesion).
Jika kekasaran peak-to-valley terlalu rendah, coating dapat mengalami daya lekat yang kurang baik terhadap permukaan. Sebaliknya, jika kekasaran peak-to-valley terlalu tinggi, puncak-puncak permukaan yang tinggi dapat menonjol melalui lapisan coating dan menjadi titik awal atau fokus terjadinya korosi.
Oleh karena itu, pengukuran surface profile yang tepat sangat penting dalam proses surface preparation sebelum aplikasi coating, untuk memastikan profil permukaan sesuai dengan persyaratan coating dan spesifikasi pekerjaan.
Tersedia berbagai metode pengukuran yang dapat digunakan oleh profesional di bidang coating, termasuk focusing microscope, surface comparator, depth micrometer, dan stylus roughness meter. Masing-masing metode memberikan sebagian informasi mengenai karakteristik profil permukaan. Oleh karena itu, akan lebih praktis apabila berbagai parameter yang diperlukan dapat diperoleh dari satu metode pengukuran yang praktis. Artikel ini mengevaluasi replica tape sebagai salah satu sumber informasi tersebut.
Replica Tape
Replica tape merupakan metode yang telah lama digunakan untuk mengkarakterisasi profil permukaan. Metode ini sederhana, relatif murah, dan menunjukkan korelasi yang baik dengan hasil yang diperoleh dari metode pengukuran lainnya.
Replica tape juga sangat berguna untuk melakukan pengukuran pada permukaan melengkung, yang sering kali sulit diukur secara langsung menggunakan stylus instrument, interferometric laser scanning, maupun perangkat pengukuran jarak fokus optik.
Oleh karena itu, tidak mengherankan jika replica tape menjadi salah satu metode pengukuran surface profile yang paling populer untuk penggunaan di lapangan. Penggunaannya dijelaskan dalam sejumlah standar internasional, antara lain:
- ASTM D4417
- ISO 8503-5
- NACE RP0287
- AS 3894.5
Prinsip Kerja Replica Tape
Replica tape terdiri dari lapisan foam yang dapat dikompresi (compressible foam) yang ditempelkan pada substrat polyester yang tidak dapat dikompresi (incompressible polyester) dengan ketebalan yang sangat seragam, yaitu sekitar 50 µm ± 2 µm.
Ketika replica tape ditekan pada permukaan baja yang telah dibuat kasar, lapisan foam akan membentuk cetakan atau replika terbalik (reverse replica) dari profil permukaan tersebut.
Lapisan foam dapat mengalami kompresi hingga sekitar 25% dari ketebalan awalnya. Ketika puncak tertinggi pada permukaan asli mendorong foam hingga mendekati lapisan polyester, foam yang telah terkompresi sepenuhnya akan bergeser ke arah samping.
Sebaliknya, lembah terdalam pada permukaan asli akan menghasilkan puncak tertinggi pada replika. Dengan demikian, bentuk permukaan asli direproduksi dalam bentuk profil terbalik pada replica tape.
Pengukuran Profil Permukaan dengan Replica Tape
Replica tape yang telah dikompresi kemudian ditempatkan di antara anvil spring micrometer. Hasil pembacaan menunjukkan ketebalan total dari substrat polyester dan foam yang telah terkompresi.
Dengan mengurangi kontribusi ketebalan substrat polyester yang tidak dapat dikompresi, yaitu 50 µm, diperoleh nilai yang merepresentasikan rata-rata maksimum profil kekasaran peak-to-valley permukaan (average maximum peak-to-valley surface roughness profile).
Secara sederhana:
Hasil Replica Tape = Ketebalan Total Replika − Ketebalan Substrat Polyester (50 µm)
Metode ini memungkinkan surface profile permukaan baja hasil abrasive blasting diukur secara praktis dan konsisten, termasuk pada permukaan yang memiliki bentuk kompleks atau melengkung.
Replica tape tersedia dalam beberapa ketebalan untuk memudahkan pengukuran surface profile pada berbagai rentang. Rentang utama pengukuran menggunakan replica tape adalah 20 hingga 115 µm, yang mencakup dua grade tape berikut:
- Coarse: 20–64 µm
- X-Coarse: 38–115 µm
Kelebihan dan Kekurangan Replica Tape
Replica tape telah digunakan untuk mengukur profil kekasaran permukaan baja hasil abrasive blasting sejak akhir tahun 1960-an. Dibandingkan dengan metode pengukuran lainnya, replica tape memiliki beberapa keunggulan, antara lain konstruksi yang kuat (ruggedness), biaya awal yang relatif rendah, repeatability yang baik, serta kemampuan untuk menyimpan replika fisik dari permukaan yang sedang dievaluasi. Metode ini juga telah digunakan secara luas dan dipahami dengan baik oleh para profesional di industri.
Keunggulan lain yang terkadang kurang diperhatikan adalah bahwa, berbeda dengan teknik yang menggunakan probe berujung, metode replica tape mengambil sampel dari area permukaan dua dimensi yang kontinu dan cukup luas untuk menghasilkan data statistik yang lebih representatif.
Sebagai contoh, satu kali pemindaian menggunakan electronic surface roughness tester mengambil sampel berupa garis pada permukaan abrasive-blasted dengan panjang 12,5 mm dan lebar sekitar 10 µm, sehingga luas area yang diukur hanya sekitar 0,12 mm².
Sebaliknya, satu replika foam plastik menggunakan replica tape dapat mengambil sampel area sekitar 31 mm², atau sekitar 250 kali lebih luas dibandingkan area yang diambil oleh satu kali pemindaian stylus tersebut.
Kekurangan Replica Tape
Di samping berbagai keunggulan tersebut, replica tape juga memiliki beberapa keterbatasan. Salah satu yang paling penting adalah bahwa proses pembuatan replika dan pengukuran ketebalannya merupakan prosedur analog. Selain itu, setiap grade atau ketebalan tape hanya memberikan hasil yang akurat pada rentang tinggi profil tertentu.
Untuk mencakup rentang profil yang paling banyak digunakan dalam industri coating dan lining, yaitu sekitar 20–115 µm, diperlukan dua grade utama:
- Coarse
- X-Coarse
Salah satu karakteristik replica tape yang perlu diperhatikan adalah bahwa akurasi pengukuran paling baik berada di sekitar bagian tengah rentang masing-masing grade, sedangkan akurasinya menurun pada bagian paling rendah dan paling tinggi dari rentang tersebut (Gambar 3).
Oleh karena itu, dua grade tambahan dapat digunakan untuk memeriksa dan, jika diperlukan, menyesuaikan hasil pengukuran pada batas bawah dan batas atas rentang utama:
- Coarse Minus: <20 µm
- X-Coarse Plus: >115 µm
Dengan demikian, pemilihan grade replica tape yang tepat sangat penting untuk memperoleh hasil pengukuran surface profile yang akurat dan dapat diandalkan.
Alasan mengapa linearitas pengukuran menurun pada bagian ujung rentang setiap grade replica tape berkaitan dengan bagaimana lapisan foam pada tape mengalami kompresi pada rentang ketebalan tertentu.
Setiap ketebalan atau grade replica tape akan menjadi kurang akurat ketika puncak permukaan yang harus direplikasi mendekati ketebalan maksimum foam yang tersedia. Saat replika diukur menggunakan mikrometer, puncak-puncak tersebut mengalami sedikit kompresi. Proses ini menghasilkan efek yang menyerupai perataan atau pengambilan nilai rata-rata tinggi puncak (peak-height averaging).
Kondisi tersebut membatasi akurasi pengukuran pada ujung atas rentang setiap grade tape.
Sementara itu, keterbatasan akurasi pada ujung bawah rentang terjadi karena foam replika, seperti spons dapur yang ditekan dengan kuat, dapat mencapai kondisi kompresi penuh (full compression) dan mungkin mengalami sedikit relaksasi setelah mencapai kondisi tersebut (Gambar 4).
Akibatnya, baik pada ujung atas maupun ujung bawah rentang pengukuran, respons foam replica terhadap kompresi tidak memiliki hubungan linear dengan tingkat kompresinya.
Dengan kata lain, semakin mendekati batas maksimum atau minimum rentang suatu grade replica tape, semakin besar potensi penyimpangan hasil pengukuran. Oleh karena itu, pemilihan grade tape yang sesuai dengan perkiraan surface profile sangat penting untuk memperoleh hasil pengukuran yang optimal.
KOREKSI UNTUK MENINGKATKAN AKURASI
Bagian ujung atas rentang grade Coarse dan ujung bawah rentang grade X-Coarse memiliki area tumpang tindih (overlap) sebesar 38–64 µm (Gambar 3 dan 5).
Petunjuk penggunaan Testex saat ini menjelaskan prosedur yang relatif rumit dan membutuhkan waktu, yaitu menghitung rata-rata dari satu hasil pengukuran menggunakan grade Coarse dan satu hasil pengukuran menggunakan grade X-Coarse.
Metode tersebut digunakan untuk menghubungkan rentang pengukuran Coarse dan X-Coarse sehingga dapat menghasilkan pembacaan yang cukup akurat pada rentang yang lebih luas, yaitu 20–115 µm.
Prosedur ini pada dasarnya merupakan kompromi antara tingkat akurasi dan kemudahan penggunaan. Dengan menggabungkan hasil dari kedua grade tape pada area overlap, pengguna dapat memperoleh hasil pengukuran yang lebih konsisten pada rentang profil permukaan yang luas tanpa harus menggunakan metode pengukuran yang lebih kompleks.
Ketika prosesor instrumen diatur ke mode “linearized” HL, perangkat akan memandu pengguna melalui pembacaan yang diperlukan. Biasanya, proses ini hanya membutuhkan pemasangan satu replica tape grade Coarse atau X-Coarse. Instrumen kemudian memberikan hasil pengukuran yang telah disesuaikan dengan respons foam yang tidak linear.
Penyesuaian linearitas ini umumnya relatif kecil, berada pada kisaran satu standar deviasi. Namun, manfaat utama dari signal conditioning pada instrumen adalah:
- Mengurangi ketidakpastian pengukuran.
- Mengurangi beban kerja inspector.
- Mengurangi kemungkinan kesalahan operator.
- Mengurangi jumlah replika yang diperlukan untuk memastikan akurasi pengukuran.
Selain itu, setiap grade replica tape sebenarnya dapat bekerja pada rentang yang lebih luas daripada rentang nominal yang tercantum pada label. Dengan menggunakan faktor penyesuaian yang sesuai, grade X-Coarse dapat digunakan untuk mengukur profil dalam rentang nominal Coarse, dan sebaliknya.
3D SURFACE MAPPING – Pemetaan Permukaan 3D
Meskipun informasi mengenai tinggi profil permukaan yang telah ditingkatkan ini sangat bermanfaat, masih terdapat lebih banyak data karakteristik permukaan yang tersimpan dalam area replika sebesar sekitar 31 mm².
Informasi baru yang signifikan dapat diperoleh melalui digital imaging atau pencitraan digital.
Salah satu sifat replica tape yang berkaitan dengan kemampuannya mereplikasi permukaan adalah peningkatan transmisi optik ketika tape mengalami kompresi. Transmisi cahaya berbanding lurus dengan tingkat kompresi.
Foto replica tape yang diterangi dari bagian belakang (back-lit) akan menunjukkan:
- Area terang → menunjukkan kompresi yang lebih tinggi dan merepresentasikan puncak permukaan (peaks).
- Area gelap → menunjukkan kompresi yang lebih rendah dan merepresentasikan lembah permukaan (valleys).
(Gambar 7a).
Menghitung Peak Count dan Peak Density
Berdasarkan prinsip transparansi tersebut, jumlah puncak (peak count) dapat ditentukan dengan menghitung titik-titik terang pada replika menggunakan digital image sensor.
Pengukuran tingkat kecerahan tersebut—yang masing-masing memiliki ukuran sebanding dengan probe stylus berukuran 5 µm—berhubungan dengan ketebalan replika. Ketebalan tersebut kemudian merepresentasikan profil permukaan asli.
Dengan menggunakan prosesor yang menjalankan algoritma yang sesuai, instrumen dapat:
- Mengidentifikasi puncak permukaan.
- Menghitung jumlah puncak.
- Menentukan kepadatan puncak (areal peak density).
Areal peak density menunjukkan jumlah puncak yang terdapat pada setiap sentimeter persegi, yang dinyatakan sebagai Pd, sebagaimana didefinisikan dalam ASME B46.1.
Keunggulan Dibandingkan Stylus Profiler
Berbeda dengan stylus profiler, sistem penghitung puncak berbasis replica tape dapat menghitung kepadatan puncak dua dimensi (true two-dimensional peak density), seperti yang dilakukan oleh interferometric optical profiler kelas laboratorium.
Stylus profiler hanya mengukur satu garis pada permukaan kasar. Akibatnya, sebagian besar fitur yang tercatat sebagai “puncak” sebenarnya merupakan “peak shoulders”, yaitu bagian samping puncak yang dilewati stylus, bukan bagian paling atas dari puncak tersebut.
Lebih Banyak Data dalam Setiap Pengukuran
Keunggulan lain dari metode pencitraan digital adalah jumlah data yang digunakan untuk menghasilkan setiap hasil pengukuran jauh lebih besar.
Sebagai perbandingan:
| Metode | Jumlah Titik Data |
|---|---|
| 1 pengukuran replica tape | ±1.000.000 titik |
| Stylus scan 2,5 cm | ±5.000 titik |
Dengan demikian, satu pengukuran replica tape dapat menggunakan sekitar 200 kali lebih banyak titik data dibandingkan satu kali stylus scan sepanjang 2,5 cm.
Semua proses tersebut dapat dilakukan menggunakan instrumen lapangan yang kuat dan praktis (rugged field instrument), dengan perangkat keras yang relatif murah, namun mampu menghasilkan informasi karakteristik permukaan yang serupa dengan data yang biasanya diperoleh menggunakan instrumen laboratorium.
Rekomendaasi produk pembaca pita replika: PosiTector RTR
PosiTector RTR 3D adalah alat pembaca pita replika (replica tape reader) digital canggih yang dirancang untuk mengukur dan merekam parameter profil permukaan 2D dan 3D menggunakan pita replika Testex Press-O-Film. Alat ini menghasilkan citra 3D serta berbagai parameter penting hanya dalam hitungan detik setelah pita replika ditekan pada permukaan datar, melengkung, maupun tidak beraturan.
Kesimpulan
Teknologi 3D surface mapping berbasis replica tape memungkinkan satu replika tidak hanya digunakan untuk menentukan surface profile height, tetapi juga untuk memperoleh informasi tambahan seperti peak count, peak density, dan karakteristik tekstur permukaan secara dua dimensi.
Pendekatan ini menjadikan replica tape sebagai metode yang berpotensi memberikan informasi surface profile yang jauh lebih lengkap, sekaligus tetap mempertahankan kepraktisan dan kemudahan penggunaan di lapangan.