臺灣博碩士論文加值系統

裂紋對結構強度影響最大，要精確的瞭解裂紋位置所在及大小，進而避免重大事故發生，所以本文將對工業界常用裂紋檢查方式進行研究。有鑒於超音波對金屬材料裂紋及焊接缺陷具有極佳的檢測能力，且常被用於檢測金屬材料焊接及疲勞所造成的瑕疵，如裂紋、融合不良、隙縫等。
但大部分判定檢測方法優劣是由人工裂紋判斷的，所以本研究將運用量測自然裂紋距離表面的高度，與往往以評估時使用人工瑕疵最大不同是在斷面的不規則性，也就是反射面不對稱，所以有一定困難度，但以檢測自然裂紋作為基準較檢測人工瑕疵具有更高的可信度，且再此研究中發現人工裂紋與自然裂紋對檢測時有明顯的影響存在。
在此研究裡將運用脈波反射式超音波 A-Scan、射線檢測 RT、飛行時間繞射法 TOFD、相位式陣列超音波 Phased-Array 四種方式對相同自然裂紋進行檢測，並比較各個量測方法的可靠性及限制，並提供使用者有效及準確快速的量測方法。

The crack has the most influence on strength of structure, therefore it need to understand the crack position and size accurately, and then prevent the great accident from happening, at last this study will research on the crack testing methods of the industry. According to ultrasonic wave has extremely good measuring ability to the metal material crack and defect of welding. And the ultrasonic wave utilized to measure metal material weld and tired caused flaw, for example crack, integration partial, seam, etc.
But most judgments of the detection methods between good and bad are by the artificial crack, so this study measures the depth distance of the natural crack from surface, the irregularity of cross-section is the most different from using the artificial crack, asymmetric reflect surface has certain difficulty while transmitting, but measuring the natural crack has higher credibility than measuring the artificial crack.
This study will use four methods including ultrasonic A-Scan, RT, TOFD, Ultrasonic Phased-Array to measure the same natural crack and compare with the dependability and restriction of each method, then offer user an effective, accurate and faster examining method.

摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的 3
1.3 研究動機及方法 4
第二章 文獻回顧與聲波探測原理 5
2.1 文獻回顧 5
2.2 聲波探測原理 8
2.2.1 超音波的產生 8
2.2.2 音波的種類、波式 9
2.2.3 音速傳送特性 12
2.2.4 音波在介質上的變化 13
2.2.5 反射與折射 15
2.2.6 波式轉換 16
2.2.7 檢測技術 17
2.2.7.1 直束法與斜束法 18
2.2.7.2 裂紋評估方法 20
2.2.7.3 耦合方法 24
2.3 波的干涉現象 24
2.4 彈性波在裂紋與溝槽尖端之繞射現象 25
第三章 裂紋檢測實驗 28
3.1 裂紋檢測儀器簡介 28
3.1.1 脈波反射式超音波檢測儀器(Pulse-echo ultrasonic testing) 28
3.1.1.1 超音波探傷儀(USN 52L) 29
3.1.1.2 超音波斜束探頭 30
3.1.2 射線檢測儀器(Radiographic Testing) 31
3.1.3 飛行時間繞射法檢測儀器(Time of Flight Diffraction Method，TOFD) 33
3.1.4 相位式陣列超音波檢測儀器(Phased-Array transducer testing) 38
3.2 研究流程圖 40
3.3 試片製作 41
3.3.1 裂紋加工流程圖 43
3.3.2 試片製作自然裂紋之下壓壓力值 44
3.3.3 自然裂紋試片製作步驟 44
3.3.4 自然裂紋斷面與人工瑕疵斷面比較 46
3.3.5 人工裂紋試片圖 46
3.4 裂紋高度量測步驟 47
3.4.1 脈波反射式超音波檢測 47
3.4.2 射線檢測 48
3.4.3 飛行時間繞射法檢測 48
3.4.4 相位式陣列超音波檢測 49
第四章 實驗結果與討論 50
4.1 實驗數據 50
4.1.1 脈波反射式超音波檢測數據 50
4.1.2 射線檢測數據 57
4.1.3 飛行時間繞射法檢測數據 59
4.1.4 相位式陣列超音波檢測數據 65
4.2人工裂紋與自然裂紋不同量測方法之數值與誤差值 73
4.2.1 量測人工裂紋之數值與誤差值 73
4.2.2 量測自然裂紋之數值 75
4.3 不同方法量測人工裂紋之差異 77
4.4 不同方法量測自然裂紋之差異 80
4.5 四種不同非破壞檢測方式之比較 93
第五章 結論 86
參考文獻 88

1.Doyle, P. A., and Scala, C. M., 1978, “Crack depth measurement by ultrasonics.” Ultrasonics, pp.164-170.
2.Domarkas, V.; Khuri Yakub, B. T. and Kino, G. S., 1978, “Length and Depth Resonances of Surface Cracks and Their ''Use for Crack Size Estimation.” Appl. Phys. Lett, Vol. 33(7) , pp. 557-559.
3.Gilmora, R. S. and Czerw, G. J., 1977, “The Use of Radiation Field Theory to Determine the Size and Shape of Unknown Reflectors by Ultrasonic Spectroscopy.” Materials Evaluation, pp. 44-50.
4.Gruber, G. J., 1980, “Defect Identification and Sizing by the Ultrasonic Satellite-Pulse Technique.” Journal of Nondestructive Evaluation, Vol.1 (4), pp. 263-276.
5.Harumi, K., Uchida, M. Miyajima, T., and Ogura, Y., 1992, “Defect sizing small inclined crack on a free surface using multi-tip waves,” NDT&E International, Vol.25, pp. 135-144.
6.J. D. Achenbach, A. Norris and K. Viswanathan, 1982, “Mapping of crack edges by seismic method,” Seismological Society of Americal, Vol. 72, pp. 779-792.
7.Lloyd, E. A., 1975 “An Ultrasonic Shear-Wave Method for Measuring the Depth of Surface-Breaking Cracks.” British Journal of NDT, pp. 172-175.
8.Lidington, B. H., and Silk, M. G., 1975, “Interference effect in the reflection of ultrasound from shallow slits,” Non-Destructive Testing, pp. 185-190.
9.Lidington, B. H. and Silk, M. G., 1975, “Crack Depth Measurement Using a Single Surface Wave Probe.” Brit. J. NDT, pp. 165-167.
10.Michael Berke, Krautkrämer GmbH & Co., Hürth, 2000, “Nondestructive Material Testing with Ultrasonics - Introduction to the Basic Principles”, The e-Journal of Nondestructive Testing & Ultrasonics, Issue Vol. 5 No. 9 .
11.N. Trimborn, 1997, “The Time-of-Flight-Diffraction-Technique,” The e-Journal of Nondestructive Testing & Ultrasonics, Issue Vol. 2 No.9.
12.Silk, M.G., 1984 “The use of diffraction based time-of-flight measurements to locate and size defects”, Brit. J. of NDT, vol. 26, pp. 208-213.
13.Silk, M. D., 1978 “Sizing Crack-like Defects by Ultrasonic Wave.” Ultrasonic Materials Characterization, pp.29-36.
14.Sony Baby, T. Balasubramanian, R.J. Pardikar, 2003, “Ultrasonic sizing of embedded vertical cracks in ferritic steel welds.” Theoretical and Applied Fracture Mechanics, vol. 40, 145-151.
15.Tsuyoshi Mihara, Shinji Nomura, Masashi Akino and Kazushi Yamanaka, 2004, “Relationship between Crack Opening Behavior and Crack Tip Scattering and Diffraction of Longitudinal Waves.＂Materials Evaluation, pp. 943-947,September.
16.T. Just, G. Csapo, 1997, “Ultrasonic crack depth measurement of surface bracking cracks in piping”, The e-Journal of Nondestructive Testing & Ultrasonics, Issue Vol. 2 No. 9.
17.Y. F. Chang and C. Y. Wang,1997, “A 3-D image detection method of a surface opening crack in concrete using ultrasonic transducer Arrays,” Journal of Nondestructive Evaluation, Vol. 16, No. 4.
18.Wu, X.M., and Mak, D. K., 1992, “A new method of sizing surface-breaking inclined crack using multi-tip-waves,” British Journal of NDT, Vol. 34, pp. 341-345.
19.W. J. McGonnagle 著，中華民國 85年，非破壞性檢測法，侯國琛譯，徐氏基金會出版，4月。
20.ASTM金屬材料規格與對照，全華科技圖書股份有限公司，pp.4~15。
21.日本信賴性管理便覽編集委員編，1990，可靠度管理手冊，中華民國品質管制學會譯印，pp. 464-467。
22.張澤龍、鄭木淵，2003，台塑石化公司TOFD技術資料，台塑石化股份有限公司資料。
23.林盛棟，中華民國 88 年，“超音波檢測表面裂縫深度之研究”，私立元智大學機械工程研究所，碩士論文，11月。
24.林俊良，中華民國81年，“電腦輔助 RT 焊道缺陷偵測之研究”，國立中央大學機械工程研究所碩士論文，6月。
25.林裕榮，中華民國93年，“多重尖端回波在超音波檢測裂縫深度評估上之應用”，私立大葉大學電信工程，碩士論文，7月。
26.吳文方，1994 ，非破壞評估可靠度之探討，國立台灣大學機械工程研究所，碩士論文。
27.吳學文，黃啟貞，陳必貫，葉競榮，中華民國77年，超音波檢測法初級，中華民國非破壞檢測協會，1月。
28.陳永增、鄧惠源，1999，非破壞檢測，全華科技圖書股份有限公司。
29.葉競榮，徐鴻發，中華民國79年，超音波檢測法中級，中華民國非破壞檢測協會，2月。
30.黃茂坤，1996， “工業用超音波檢測實務彙編＂，中船公司高雄總公司訓練中心出版，1-4 頁。
31.趙育毅，中華民國91年，聚焦式超聲波換能器應用於材料檢測，國立成功大學機械工程研究所，碩士論文，7月。
32.謝政倚，中華民國 90年，“超音波雙探頭法成像研究”，國立中正大學應用地球物理研究所論文，6月。
33.屠耀元，“數位信號處理端點回波聲程測量自身高度方法的研究”。http://www.chsndt.com/article/height_0.htm