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系統識別號 U0026-2607201314424400
論文名稱(中文) 超音波檢測應用於圓管焊接道缺陷檢測
論文名稱(英文) Ultrasonic Non-Destructive Inspection of Defects in Welded Pipeline
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 機械工程學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Mechanical Engineering
學年度 101
學期 2
出版年 102
研究生(中文) 李奕顯
研究生(英文) Yi-Hsien Lee
學號 n16001309
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 73頁
口試委員 指導教授-李永春
口試委員-楊天祥
口試委員-王士豪
中文關鍵字 超音波焊道檢測  飛行時間繞射法  PVDF陣列聲波感測器 
英文關鍵字 Ultrasonic pipeline defect inspection  TOFD  PVDF hydrophone array 
學科別分類
中文摘要 焊接道之完整無暇對焊接件的使用壽命及環境安全有著重大影響,故本論文以檢測焊接輸油管是否有缺陷為目標進行研究。
本研究利用設計過入射角度及接收距離之壓克力載具,搭載商用超音波換能器且左右各一,以投捕法(Pitch-and-catch mode)進行信號量測,使用換能器中心頻率為10 MHz。
對輸油管進行信號量測,運用飛行時間繞射法(Time of Flight Diffraction)概念推估回波之物理意義,驗證量測輸油管及自製無缺陷待測物回波波形之相似,接著自製加諸各種人工缺陷之待測物進行探傷。包括不同深度之側向通孔、不同深度之上裂紋、不同深度之下裂紋、不同直徑、深度之下孔洞等,且依據回波信號計算出裂縫長度。
接著使用三軸移動平台對輸油管及管形片段待測物進行影像掃描,並判讀其灰階圖形。
第二部分為PVDF陣列聲波感測器之製作,本研究嘗試在壓克力載具下曲面佈上PVDF陣列聲波感測元。利用此陣列式感測元作為接收元,一商用換能器作為聲波激發源,對含有缺陷待測物進行量測並記錄感測元之時域波形圖,分析解釋其現象。
英文摘要 This research tries to detect defects in a welded pipeline. A PMMA fixture is designed and machined by CO2 laser to couple ultrasound from transducers to the pipe sample under test. The transducer used in this research is contacting transducer and the central frequency is 10 MHz. Two of them work in pitch-and-catch mode for continuous pipe inspection.
First, the PMMA holder is designed by Snell’s law with a refraction angle of 45 degree. The center of beam goes to the center line of weld. Analysis the echoes from pipeline can detect different kinds of defects in the pipeline such as hole on the side, upper crack with different depth, bottom crack with different depth, bottom hole with different depth. Signals and its physical meaning are investigated by time of flight diffraction (TOFD) method. Scanning the pipeline with a three-axis moving stage can get information from grayscale diagram and to find the locations of defects.
Second, commercial PVDF film of 9um is used to form an array of PVDF hydrophone elements. Attach these elements to curve surface of the PMMA holder to get more useful information from these echo signals. Possible applications and improvements using these PVDF sensing elements are addressed.
論文目次 摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
符號說明 XII
第一章 導論 1
1-1 研究背景及研究目的 1
1-2 文獻回顧 3
1-3 本文架構 5
第二章 理論概述 6
2-1 實驗目的 6
2-2 飛行時間繞射法 (Time of Flight Diffraction) 9
2-3 載具設計與輸油管信號分析 16
第三章 實驗量測 24
3-1 自製待測物之量測 24
3-2 輸油管焊道影像掃描 42
第四章 PVDF陣列聲波感測器之製作與信號量測 51
4-1 實驗目的 51
4-2 PVDF 陣列聲波感測器製程簡述 52
4-3 信號量測實驗、實驗結果與討論 56
第五章 結論與未來展望 69
5-1 結論 69
5-2 未來展望 71
參考文獻 72
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