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研究生:賴名揚
研究生(外文):Lai, Ming-Yang
論文名稱:相位陣列超音波應用及其於臨界裂痕之量測
論文名稱(外文):Use of Phased Array Ultrasonic Testing and Its Application in Detecting Critical Crack-like Flaws
指導教授:王振華王振華引用關係
指導教授(外文):Wang,Chen-Hua
口試委員:張一岑戴華山
口試日期:2017-06-08
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄第一科技大學
系所名稱:環境與安全衛生工程系碩士班
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:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:72
中文關鍵詞:非破壞檢測(NDT)相位陣列式超音波檢測(PAUT)適用性評估(FFS)臨界裂痕
外文關鍵詞:Nondestructive-Testing (NDT)Phased Array Ultrasonic Testing (PAUT)Fitness For Service (FFS)Critical Crack
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設備會因為內容物及操作條件於設備本體造成缺陷。據文獻指出缺陷類型多以減薄及裂痕兩種為主,其中又以裂痕破壞較難預防,其具有幾何特殊、裂痕尖端高應力等特性,對設備強度的破壞程度不得而知。非破壞檢測用來檢測設備上的缺陷狀況,其特性在於不破壞設備本體,不會降低設備強度。而在非破壞檢測中,又以超音波檢測最為廣泛使用,其原因在於能夠立即研判且精確性高。
本研究使用相位陣列式超音波(PAUT)做為檢測儀器。其相較其他超音波檢測方式更為精確。其以不同的檢測平面(scan)及檢測角度,定位範圍內的缺陷,因此相對傳統UT檢測能夠有較佳的檢測再現性。此外,相位陣列式超音波相對傳統超音波在檢測儀器上,因功能多且複雜,使得儀器的操作具有一定的門檻,操作不易。
然而,非破壞檢查方式雖能檢測出設備上缺陷的位置及尺寸,卻無法直接提供缺陷對設備本體的影響。適用性評估(FFS),能夠定量缺陷的設備堪用性,對於裂痕評估在Level 1是以臨界裂痕長度作為判定;Level 2則是計算破壞力學推透過失效分析圖(FAD)判定是否通過;Level 3則是透過理論力學方式定義裂痕的應力強度因子。
對於Level 1臨界裂痕長度能給予非破壞檢測人員較為簡易使用的方法,其原因在於透過量測裂痕的大小在與臨界裂痕相比,便能得知是否通過。臨界裂痕長度相對其他方法,具有簡易及直接性,因此若要即時性判定設備堪用性,為最佳的方法。該長度的意義為會導致裂痕自我成長的關鍵參數,因此為了避免裂痕成長到臨界裂痕長度導致設備強度發生異常,必須於檢測出裂痕時,對其進行臨界裂痕的評估,了解設備是否維修或換新,以降低工安災害的發生。

The equipment can because the contents and the operating condition creates the flaw in the equipment main body. According to the literature pointed out the flaw type many attenuates and the fissure two kinds primarily, in which destroys by the fissure difficultly to prevent, it has the geometry specially, characteristics and so on fissure acme high stress, is unknown to the equipment intensity destructiveness. The non-destruction examination uses for on the check-out facility the flaw condition, its characteristic lies in does not destroy the equipment main body, cannot reduce the equipment intensity. But in non-destruction examination, also by the supersonic wave examination most widespread use, its reason lies in can evaluate also the accuracy immediately is high.
This research use Phased Array Ultrasonic Testing (PAUT) does for the instrumentation. It compares other supersonic wave examination way to be more precise. It by different examination plane (scan) and examination angle, in localization scope flaw, therefore the relative traditional UT examination can have the good examination reproducibility. In addition, Phased Array Ultrasonic Technology relative tradition supersonic wave on instrumentation, because the function are many also is complex, enables the instrument the operation to have certain threshold, operates not easily.
Although however, the non-destruction inspection way can examine on the equipment the flaw position and the size, is unable to provide the flaw directly actually to the equipment main body influence. The Fitness-for-service(FFS), can quota flaw equipment serviceable, regarding the fissure appraise 1 is takes the determination in Level by the critical fissure length; The Level 2 pieces are calculate the destruction mechanics to push penetration fracture analysis diagram (FAD) to determine whether passes; The Level 3 pieces are penetrate the theoretical mechanics way definition fissure the stress intensity factor.
Can give the non-destruction regarding the Level 1 critical fissure length to examine a personnel simpler use the method, its reason lies in the penetration gauging fissure the size in to compare with the critical fissure, then can know whether passes. The critical fissure length relative alternative means, have simple and the substantively, if therefore instantaneity determination equipment serviceable, for best method. This length significance for can cause the fissure self-growth the essential parameter, therefore in order to avoid the fissure growing causes the equipment intensity to the critical fissure length to occur exceptionally, must in when examines the fissure, to it carries on the critical fissure the appraisal, understood whether the equipment does service or exchanges, reduces the labor peaceful disaster the occurrence.

摘要 I
Abstract II
誌謝 IV
目錄 V
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1. 研究背景 1
1.2. 研究目的 4
第二章 文獻回顧 6
2.1. 超音波檢測的發展 6
2.2. 超音波檢測的原理 7
2.3. 相位陣列超音波檢測 11
2.4. 結構適用性評估 13
2.5. 材質可靠性鑑別 14
第三章 研究方法 16
第四章 實驗設備與材料 17
4.1. 儀器介紹 17
4.1.1. 相位陣列超音波檢測儀 17
4.1.1.1 探頭規格 17
4.1.2. X-Ray螢光分析儀 18
4.2. 試片規格 19
4.2.1. UT-8890缺陷試片 19
4.2.2. UT-8979缺陷試片 20
4.2.3. PHASOR BLOCK 22
第五章 實驗結果與討論 23
5.1. 超音波波速計算 23
5.1.1. 材質波速計算 23
5.2. 各種缺陷量測 24
5.2.1. 缺陷型態的影響性 24
5.2.1.1 平面狀缺陷 24
5.2.1.2 立體狀缺陷 27
5.3. 裂痕類缺陷量測 34
5.3.1. 檢測方向與裂痕方向的影響性 34
5.3.2. 裂痕深度量測 37
5.3.2.1 表面裂痕深度 37
5.3.2.2 內表面裂痕深度 44
5.3.3. 裂痕長度的量測 51
5.3.4. 臨界裂痕長度計算 53
第六章 結論與建議 57
6.1. 結論 57
6.2. 建議 58
參考文獻 59


[1]勞動部,勞動檢查法,2015。
[2]勞動部,危險性工作場所審查及檢查辦法,2015。
[3]林明傳,2007,危險性設備延長或替代檢查技術手冊,工業技術研究院。
[4]彭朋畿、姬俊宇,2010,相位陣列式超音波應用於銲道之檢測,中華民國鋼結構協會。
[5]陳文耀,2010,超音波控制原理,南台科技大學。
[6]API /ASME , 2007, API 579:Fitness-for-Service, 2nd ed., API, USA.
[7]ASME, 2010, 2010 ASME Boiler&Pressure Vessel Code, 2010 ed., ASME, New York.
[8]Lidington B. H., Silk M. G. “Interference effect in the reflection of ultrasound from shallow slits”, Non-Destructive Testing 1975, pp.185-190.
[9]Lidington B. H., Silk M. G., “Crack Depth Measurement Using a Single Surface Wave Probe”, Brit. J. NDT 1975, pp.165-167.
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[11]Gruber G. J., “Defect Identification and Sizing by the Ultrasonic Satellite-Pulse Technique”, Journal of Nondestructive Evaluation 1980, pp.263-276.
[12]Wu X.M., Mak D. K., “A new method of sizing surface-breaking inclined crack using multi-tip-waves”, British Journal of NDT 1992, pp.341-345.
[13]王韻森,2006,超音波檢測鋼材內部自然裂紋深度之研究,國立雲林科技大學環,碩士論文。
[14]劉育賢,2004,超音波探傷技術於疲勞裂縫性質檢測之應用,國立成功大學,碩士論文。

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