非破壞檢測(Non-Destructive Testing，NDT)

2.2.1 非破壞檢測定義

檢測最重要的目的就是檢測出材料中的損害，損害(Damage)被定義為對物 質進行改變，導致其目前或未來的表現受到不利的影響 (沒有比較物質改變前後 的損害狀態是無意義的，假設物質初始的狀態為沒有受到損害的狀態)。對於結 構和機械的系統而言，損害為材料或幾何的改變以及包括邊界條件的改變和系 統連接導致其目前或未來的表現受到不利的影響。更進一步推論所有的損害來 自於材料性質，對於材料而言，損害稱為缺陷(Defect)或瑕疵(Flaw)。缺陷(Defect) 定義為材料由於原始生產、製造、加工、使用等過程所產生的不完美，會影響 材料使用性能者。在適當的負載情況下缺陷或瑕疵以不同的速度成長和聚集，

造成部分或系統損害。損害不意味著系統的功能完全喪失，而是系統不再以最 理想的方式運轉，隨著損害擴大達到某一程度將不被使用者接受則稱破壞 (Failure)。以時間的觀點來看，隨著時間增長損害會逐漸累積，例如：疲勞或腐 蝕的累積。相對地也會發生於一些短期的破壞事件，例如：人為災害、天然災 害等(陳永增&鄧惠源，2009)。

非破壞檢測(Non-Destructive Testing，NDT)就是利用物理或機械方法或技 術，在不破壞材料的情況下，檢測出材料是否產生缺陷。常見的非破壞檢測方 法利用包括光學特性、磁特性、導電性、輻射特性及超音波傳導特性等作為檢

16

測原理。在缺陷檢測方面選用適當的非破壞檢測方法可以檢測出表面、近表面 或內部缺陷，並判斷缺陷位置與大小(嚴重性)。

2.2.2 非破壞檢測種類與簡介

非破壞檢測領域不斷研發新的檢測方法，其目的主要為配合更複雜的檢測 環境、以及更精確更有效率的檢測缺陷，其常用的非破壞檢測簡單分類如下：

(莊東漢，2007；陳永增&鄧惠源，2009) 1. 液滲檢測(PT)：

(1) 基本原理：利用毛細作用將滲透液滲入材料表面缺陷中，再利用顯像劑 將滲透液吸出，形成可見的顯示。

(2) 材料限制：非多孔質材料。

(3) 使用器材：滲透劑、清洗劑、顯像劑、黑光燈。

(4) 最佳檢測方向：無方向性。

(5) 優點：操作研判簡便快速、廉價、不需特殊儀器及電源、適合多數材料、

可攜性高。

(6) 缺點：僅能檢測開口至表面的缺陷、檢測溫度受限制、必須注意通風、

永久紀錄較難。

2. 磁粒檢測(MT)：

(1) 基本原理：利用磁化裝備將鐵磁性材料磁化，材料表面或近表面的缺陷 會在材料表面形成磁漏場，造成磁粒聚集而形成顯示。

17

(2) 材料限制：鐵磁性材料。

(3) 使用器材：磁場產生設備、磁粒(乾式或濕式)、退磁設備、黑光燈。

(4) 最佳檢測方向：磁力線垂直缺陷。

(5) 優點：操作簡便、可攜性高、對於表面及近表面的缺陷顯示清晰。

(6) 缺點：僅適合鐵磁性材料、試件檢測後常需退磁、複雜形狀磁化較難、

永久紀錄較難。

3. 超音波檢測(UT)：

(1) 基本原理：利用低能高頻電波轉換成超音波傳入材料內產生折射、反射、

衰減、共振等現象，再傳回探頭轉換成電波，利用形成的回波 偵測缺陷。

(2) 材料限制：粗糙、晶粒粗大試件檢測靈敏度低。

(3) 使用器材：超音波檢測儀、探頭、耦合劑、標準或比較規塊。

(4) 最佳檢測方向：超音波垂直缺陷。

(5) 優點：穿透力強、可檢測很厚的工具、對裂痕檢測靈敏度高、可用電池 電源，攜帶性高、可立即研判，並得知缺陷深度位置、可接紀錄 器。

(6) 缺點：不適合粗糙，晶粒粗大試件、薄件或小件以及表面缺陷檢測不佳、

需參考規塊與耦合劑、技術性較高。

18

4. 射線檢測(RT)：

(1) 基本原理：X 射線照相利用 X 光穿透材料，將材料吸收 X 光能量情形記 錄在底片上，再透過判片檢測出材料中之缺陷。γ射線照相利 用γ光穿透材料，將材料吸收γ光能量情形記錄在底片上，再 透過判片檢測出材料中之缺陷。

(2) 材料限制：材料吸收係數不宜太大或太小。

(3) 使用器材：X 光機、電源、底片、底片套、增感屏、沖洗裝置、判片燈 及防護裝備；γ射源及屏體、遙控設備、其餘器材同 X 光機。

(4) 最佳檢測方向：射線方向平行缺陷。

(5) 優點：可用於各種材質、可做全材料缺陷檢測、可做永久紀錄、易判別 缺陷種類、γ射線不需電源。

(6) 缺點：輻射危險需特別管制、儀器昂貴且笨重、γ射線會衰減、X 射線 需電源、不易得知缺陷深度位置。

5. 渦電流檢測(ET)：

(1) 基本原理：利用通過交流電的線圈探頭接近導體試件，使試件產生渦電 流。當試件表面或近表面有缺陷或物理性質結構改變時，渦

電流改變振幅及相位，並改變拾取線圈磁場，利用儀器分析 拾取線圈磁場的檢測方法。

(2) 材料限制：導體(非鐵磁性較佳)。

19

(3) 使用器材：渦電流檢測儀、檢測探頭(表面、外繞、內繞)、標準或比較 規塊。

(4) 最佳檢測方向：渦電流垂直缺陷。

(5) 優點：可測導電率、塗膜厚度與缺陷檢測、線圈探頭不需接觸試件、適 用於高溫高壓或輻射區、形狀不規則試件、結果可儲存列印保存。

(6) 缺點：僅能用於導電材料、內部缺陷無法檢測、需用參考規塊，判定訊 號不易、對於曲折表面易產生錯誤顯示或遮蓋適切顯示。

2.2.3 非破壞檢測標準

檢測標準會規定檢測的適用範圍、所需的設備、相關的技術、必須遵循的 程序和可接受的合格基準。其中又分成兩大類，第一類是針對檢測方法的一般 敘述(通則)；第二類是針對特定產品的檢測程序說明。

目前對於非破壞檢測標準(使用規範)訂定大致分成兩種，一為國家訂定的標 準，另一為專業(產業)協會所訂定的標準。國內用於非破壞領域較著名且使用較 多的標準包括：中國國家標準(CNS)、美國材料試驗學會(ASTM)的標準、美國 機械工程師學會(ASME)、日本工業標準(JIS)及國際標準組織(ISO)等單位。

2.2.4 缺陷位置偵測的應用

一般缺陷產生的位置可分成表面、近表面與內部缺陷三種(陳永增&鄧惠 源，2009)，不同非破壞檢測方法在檢測應用上也有所不同，以下簡單說明缺陷

20

位置與非破壞檢測應用的限制：

1. 表面缺陷：

此類缺陷外露於材料表面，可以利用液滲、磁粒、渦電流、射線檢測法驗 出，利用超音波檢測表面缺陷時應注意探頭的不感應區。

2. 近表面缺陷：

(又稱次表面缺陷)是指缺陷位在材料表面下方，接近表面處，但缺陷未外露 於材料表面上。一般是指在材料表面下方6mm 以內之缺陷。此類缺陷除了目視 與液態檢測無法檢測外，可以利用磁粒、渦電流、射線與超音波檢測檢驗。

3. 內部缺陷：

是指缺陷完全埋在材料下面，且距離材料表面較遠者。此類缺陷一般使用 射線檢測與超音波檢測檢驗。