非破壞檢驗NDT介紹-宋郁德



前言

為了防範工安事故發生,以及顧慮器材與設備健全性、安全性、可靠性,有賴破壞試驗法(Destructive Testing)和非破壞檢查法(Non Destructive Testing, NDT)予檢測,以利產品或工程需求。本文以後者為討論目標,介紹非破壞檢查法有放射線檢測法(Radiography Inspection)、液滲透檢測法(Liquid Penetrate Inspection)、磁粉檢測法(Magnetic Particle Inspection)、超音波檢測法(Ultrasonic Inspection)、渦電流檢測法(Eddy Current Testing)及熱影像檢測法(Infrareds Thermal IRT)等多種檢查方法。

非破壞檢測方法

非破壞檢測(NDT):係應用物理原理不傷害或不破壞受測物本身之有效性,來檢測被測物內部表面與隱蔽之瑕疵或材質特性之技術。目前常用之非破壞檢測法有:
1.目視檢驗(Visual Inspection)
係利用眼睛、放大鏡、內視鏡及樣板來檢查材料之缺陷,但無法檢查材料內部之缺陷。
目視檢查用來檢查銲道的缺陷項目有:
表面外觀銲道波紋的均勻性、腳長、氣孔、銲蝕、銲淚、滲透程度及夾渣等。
2.渦電流檢測法(Eddy Current Inspection)
渦電流檢驗法是以交流線圈繞於一種導體金屬外圍,而引起渦電流的作用,這些渦電流感應產生磁場,此磁場與交流線圈所生磁場相反,而增加交流線圈之阻抗,當材料之線圈通過交流線圈時,渦電流感應即生變化,交流線圈之阻抗亦隨之變化,因此可以測出缺陷或異質的存在,這種方法是用於細管或棒材。
A特性:利用電磁感應原理,對導電金屬之物性結構、材質狀況變化加以鑑別區分的檢測方法。常用於量測導電率、偵檢裂縫等。
B優點:檢測很小尺寸之瑕疵、線圈探頭可不接觸試件、適用於高溫、高壓、輻射區與形狀不規則之試件。
C缺點:只能檢測導電體、試件厚度受限制、試件內部瑕疵較難檢測、需要參考標準塊、訊號判定不易。
3.磁粉檢測法(Magnetic Particle Inspection)
其檢驗原理是利用材料表面之磁場遇到裂縫阻斷而產生洩漏現象,會使微粒鐵粉堆積在磁漏處之裂縫上,其他部位則均勻分佈,而偵測出裂縫之位置及大小。係針對母材銲道上細縫、不純雜質、多孔性、縮孔及微細裂紋等,都可檢測到。
磁粉檢驗法是先將試件磁化,然後以微粒鐵粉噴灑於試件表面,以偵測出材料表面或次表面是否有缺陷的方法。磁力線檢驗法只適用於鐵磁材料,而不適於非鐵金屬如銅、鋁、鎂、鋅等金屬及其合金,也不能適用於沃斯田系的不鏽鋼材料。
A特性:將磁粒適當施加於磁化後之物件表面,以檢測物件表面或次表面瑕疵之方法。依磁性介質種類可分為:乾式、濕式;依磁化電流種類可分為:交流、直流、半波直流;依磁化方向可分為:縱向、圓週向;依施加磁粒和磁化的先後順序可分為:連續法、剩磁法。
B優點:操作簡單迅速、適用溫度範圍廣、善後清理容易。
C缺點:只能檢測鐵磁性材料、大多需要電源。
4.滲透劑檢測法(Liquid Penetrate Inspection)
滲透劑檢驗有時稱為染色探傷(Dye Check),其原理是利用液體的毛細管現象,滲透劑塗在銲件表面後會滲入裂縫內,然後將表面之滲透劑擦乾,之前滲入裂縫內之滲透劑再度擴散於銲件表面,因此裂縫便被顯現出來,以檢查鋼管表面缺陷的一種最簡單的探傷方法。
滲透劑檢驗法只能適用於銲道表面的裂縫,對於次表面或內層之裂縫無法檢驗出來。
A特性:利用毛細現象,針對非多孔性材料及非磁性材料,檢測表面間斷(裂痕、氣孔)及試漏檢查(管路、壓力容器、儲槽)。特別適合形狀複雜、體積大、不易磁化之工件。依滲透液種類可分為:染色法、螢光法;依清除多餘滲透液之方式可分為:水洗法、後乳化法、溶劑清除法。
B優點:可用於多量之工件、操作及研判簡單、不需特殊儀器、不需電源。
C缺點:只能檢測表面開口瑕疵、適用溫度受限制、必須通風良好、不適用於多孔性材料。
步驟:前清理→施加滲透液→擦掉滲透液→施加顯像劑→研判→後清理
5.超音波檢測法(Ultrasonic Inspection)
超音波檢驗法是利用高頻率之音波,從待測工件之一側射入,利用其接觸材料不同質地的界面所產生的反射或折射,反射波經接收後,可以從視波器中觀察其波形,而得知缺陷之所在。
銲接部分的超音波檢測法一般採用垂直探傷不易使用時的斜角探傷法,對噴嘴頸銲接部分、銲接增厚的凸緣襯墊面等無法使用射線檢出部分的銲接內缺陷可檢出。目前普遍採用在氣體輸送管線、高壓水管等銲口管路及鋼構的全滲透銲接。
A特性:利用能夠傳導至物件內部之超音波,檢測物件內部瑕疵之方法。常用於瑕疵檢測與測厚。依訊號偵檢方式可分為:脈波回波法、透射法;依訊號發射方式可分為:直束法、斜束法;依訊號顯示方式可分為:A-Scan、B-Scan、C-Scan。
B優點:穿透力高、可檢測很厚物件、無毒性、可立即研判、可檢測內部瑕疵。
C缺點:不適用表面粗糙、結晶顆粒粗大物件、需要參考標準塊及耦合劑、判讀需要技術經驗。
6.放射線檢測法(Radiography Inspection)
放射線檢驗法係將銲件以放射線透視,將其內部形像投影到膠質軟片或螢光螢幕上。
此方法一般可分為X射線、γ射線及中子射線三種。X射線用於較薄的材料,γ射線用於較厚材料,中子射線用於X及γ射線不易測量之材料,如原子爐之檢驗。
以X射線透視被檢驗材料時,在材料底部裝置一感光底片,沒有缺陷的地方,通過的射線強弱一致,而底片的明暗程度也一樣。如射線經過缺陷的地方,不吸收X 射線,因此射線之透過量大增,於是底片感光成較黑之對比黑影。而瑕疵之平面形狀也可清楚看出,以判定缺陷位置及種類。
A特性:以具有穿透能力的放射線(如χ射線、γ射線、中子照相)穿透試件,在底片或螢幕生成影像,再研判影像以了解試件品質。依放射線種類可分為:χ-Ray(χ–Ray Tube)、γ-Ray(放射性同位素Ir-192、Cs-137、Co-60)。
B優點:可用於任何金屬、任何材質、可檢測內部瑕疵、底片可永久保存做紀錄、γ-Ray不需電源。
C缺點:放射線有害人體、物件形狀尺寸受限制、儀器設備昂貴笨重、χ-Ray需要電源、γ-Ray 射源會衰減、與射線平行或物件表面細微瑕疵不易檢出。
7.熱影像檢測法(Infrareds Thermal IRT)
A特性:紅外線熱影像檢測技術是利用物體表面溫度高於絕對零度輻射出的紅外線能量,以顯現物體表面溫度分佈之狀態。廣泛應用於電力輸配系統、轉動機械系統及建築物等營運中檢測與預知保養以及軍事用途。
B優點:非接觸式、測溫快速、反應靈敏、視覺直接觀測。
C缺點:儀器昂貴、操作複雜、準確性受物件表面狀況、放射率及環境因素影響。

銲接缺陷檢測法評估

由以上介紹中,以放射線檢測法費用最高,和超音波檢測兩種方法針對內部缺陷為主;而磁粉檢測及滲透劑檢測為針對表層缺陷測出效果較佳,下表1按缺陷的種類,以各種非破壞檢測法測出之性能予以評估。
   

按:宋郁德,中華民國仲裁人