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研究生:莊忠儒
研究生(外文):Chung-ju Chuang
論文名稱:運用超音波之A-Scan與Phased-array技術對材料自然與人工裂紋之檢測可靠性評估研究
論文名稱(外文):Application ultrasonic A-Scan and Phased-array technology to measure reliability of the natural and artificial crack of material
指導教授:張銘坤張銘坤引用關係
指導教授(外文):Ming-Kuen Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:環境與安全工程系碩士班
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:可靠性非破壞檢測自然裂紋超音波檢測人工裂紋
外文關鍵詞:NDENDTTOFDUTRTPhased-ArrayCredibilityArtificial CrackUltrasonic TestingNatural Crack
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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
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