TWI774546B

TWI774546B - 超音波探傷儀輔助定位之鋼材缺陷樣品製備方法

Info

Publication number: TWI774546B
Application number: TW110132585A
Authority: TW
Inventors: 蘇彥豪; 蔡坤義; 陳淵銘; 黃溫杰; 鄭伊廷
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2021-09-02
Filing date: 2021-09-02
Publication date: 2022-08-11
Also published as: TW202311739A

Abstract

一種超音波探傷儀輔助定位之鋼材缺陷樣品製備方法，包含：粗略定位鋼材缺陷；於鋼材表面劃缺陷標記；自鋼材樣品粗胚切出具缺陷標記的水浸式超音波探傷樣品，並於其表面鑽定位孔；對水浸式超音波探傷樣品進行探傷，以獲得C掃瞄圖；於C掃瞄圖標缺陷輪廓；調整C掃瞄圖輸出比例，使定位孔圖案的距離與定位孔的距離相符；列印C掃瞄圖之圖片；將圖片貼於水浸式超音波探傷樣品上，使定位孔圖案與定位孔完全重合；將缺陷輪廓刻於水浸式超音波探傷樣品上，再移除圖片；自水浸式超音波探傷樣品切出含缺陷輪廓之粗切割樣品；及製備缺陷剖面樣品。

Description

超音波探傷儀輔助定位之鋼材缺陷樣品製備方法

本發明是有關於一種鋼材缺陷樣品製備方法，特別是指一種超音波探傷儀輔助定位之鋼材缺陷樣品製備方法。

美國第US3585851號公告專利揭示一種利用成角度的探頭進行超音波缺陷檢測之方法與設備。其中，該US3585851專利係揭示將探頭安裝在可移動的導桿上，從而使該探頭能夠在三個維度中的任何一個或全部上移動。該探頭的移動由電位計輸出指示，並與來自該探頭的反射訊號一起記錄在帶狀圖上。缺陷的位置則是由代表該探頭與參考軸之間的距離和超音波束傳播距離的電壓之比得出。

不過，對於長、寬在毫米尺度之材料內部缺陷而言，要成功製備缺陷的分析樣本，缺陷絕對位置之定位誤差需小於0.1毫米。利用探頭與參考軸/點之距離可決定參考軸/點與缺陷之相對距離，但是，參考軸/點與受測工件上絕對位置之對應關係，則與工件的擺放方位，及超音波回波訊號與探頭相對位置之校正等因素有關。

對於通用型超音波檢測設備而言，為了普遍適用於不同尺寸的受測工件，常規上會將探頭移動至該受測工件某個角落並將位置訊號歸零，故慣常使用相對座標。再者，在超音波探傷(UT)之C掃瞄圖(C-scan)中，由於該受測工件邊緣對於回波訊號之影響，該C掃瞄圖中並不會顯現出對應工件邊緣的銳利影像差異。因此，基於上述兩點原因，習知的超音波檢測方法並無法精確定位該受測工件內部缺陷的絕對位置。另外，由於鋼板等之鋼材內的缺陷之最大厚度為約20μm，且大部分區域之厚度小於1μm，故後續若以低倍率光學顯微鏡觀察鋼材缺陷樣品之剖面金相，則幾乎難以辨認，反之，若以高倍率顯微鏡觀察之，則又有如大海撈針，皆不容易找到缺陷。故，有必要尋求解決之道。

因此，本發明的目的，即在提供一種超音波探傷儀輔助定位之鋼材缺陷樣品製備方法。

於是，本發明超音波探傷儀輔助定位之鋼材缺陷樣品製備方法，包含：(a)利用接觸式超音波探傷儀，粗略定位鋼材內的至少一缺陷，再於所述鋼材表面上劃出對應於所述缺陷的位置的缺陷標記；(b)對所述鋼材切割加工，以獲得樣品粗胚；(c)自所述樣品粗胚切割出包括所述缺陷標記的水浸式超音波探傷樣品，並於所述水浸式超音波探傷樣品表面上鑽出數個定位孔；(d)對所述水浸式超音波探傷樣品進行水浸式超音波探傷，以獲得C掃瞄圖，所述C掃瞄圖具有數個分別對應於所述定位孔的定位孔圖案，及至少一個缺陷圖案；(e)標定所述C掃瞄圖之所述缺陷圖案之缺陷輪廓；(f)調整所述C掃瞄圖之輸出比例，使得所述定位孔圖案之間的距離與所述水浸式超音波探傷樣品之所述定位孔之間的距離相符；(g)將所述C掃瞄圖列印成C掃瞄圖片，再將所述C掃瞄圖片黏貼於所述水浸式超音波探傷樣品之表面上，使得所述C掃瞄圖片之所述定位孔圖案與所述水浸式超音波探傷樣品之所述定位孔完全重合；(h)將所述C掃瞄圖片之所述缺陷輪廓刻印於所述水浸式超音波探傷樣品之表面上，再移除所述C掃瞄圖片，以獲得具有所述缺陷輪廓之所述水浸式超音波探傷樣品；(i)自所述水浸式超音波探傷樣品切割出粗切割樣品，每一粗切割樣品涵蓋單一個缺陷輪廓；及(j)將每一粗切割樣品分切，以自每一粗切割樣品製備兩個皆具有缺陷剖面之缺陷剖面樣品。

本發明的功效在於：(1)可精確定位該鋼材內部缺陷的絕對位置；(2)可成功製備該缺陷剖面樣品；(3)以光學顯微鏡搭配高倍率定位缺陷端點及低倍率呈現整體缺陷樣貌，即可清晰辨認該缺陷剖面樣品之缺陷剖面金相。

參閱圖1、2，本發明超音波探傷儀輔助定位之鋼材缺陷樣品製備方法之實施例，包含以下步驟。首先，如圖1步驟S90所示，利用一接觸式超音波探傷儀(圖未示)，粗略定位一鋼材80(例如可以是鋼板等…)內的至少一缺陷，其中，該接觸式超音波探傷儀可提供每一缺陷之一缺陷深度資訊。繼而，於該鋼材80表面上劃出對應於每一缺陷的位置的缺陷標記81。例如，圖2繪示該鋼材80上標示有兩處缺陷標記81，表示該接觸式超音波探傷儀在該鋼材80內部初步探測出有兩處缺陷。

接著，如步驟S91所示，對該鋼材80切割加工，以獲得一樣品粗胚82，其中，該樣品粗胚82之形狀可以是如圖2中所示的長方體。

接著，如步驟S92所示，自該樣品粗胚82切割出一包括缺陷標記81的水浸式超音波探傷樣品83，並於該水浸式超音波探傷樣品83表面上鑽出數個定位孔84。在本實施例中，該等定位孔84之數量為四個，且該等定位孔84分別位於該水浸式超音波探傷樣品83之四個角落，並且每一定位孔84之直徑為約4mm，而孔深則以不超過該水浸式超音波探傷樣品83之厚度為原則。

在本實施例中，該水浸式超音波探傷樣品83具有一鋼材表面831，及一相反於該鋼材表面831的加工面832，其中，該加工面832需依序以銑床及磨床加工至粗糙度達三個加工符號。

此外，該水浸式超音波探傷樣品83之厚度是取決於缺陷深度資訊，其中，在本實施例中，該水浸式超音波探傷樣品83之厚度是以缺陷至該加工面832之距離大於2mm為原則，如此一來，可避免缺陷落入超音波探傷的訊號盲區。

參閱圖1至6，接著，如步驟S93所示，利用具有15MHz聚焦探頭之水浸式超音波探傷儀(圖未示)，且以該加工面832朝上及該鋼材表面831朝下之方式進行水浸式超音波探傷，而獲得一原始C掃瞄圖(圖未示)，再將該原始C掃瞄圖左右翻轉，以獲得一C掃瞄圖10，如圖3所示。其中，在本實施例中，該C掃瞄圖10具有數個分別對應於該等定位孔84的定位孔圖案100，及至少一個缺陷圖案101。由於該等定位孔圖案100之圓形特徵非常清楚明顯，因此人員可輕易鑑別出該等定位孔圖案100與缺陷圖案101，例如圖3中顯示的三個較大的缺陷圖案101。

接著，如步驟S94所示，人員標定該C掃瞄圖10之缺陷圖案101之缺陷輪廓102，例如對圖3之C掃瞄圖10中該三個較大的缺陷圖案101分別標定三個缺陷輪廓102。

接著，如步驟S95所示，調整該C掃瞄圖10之輸出比例，使得該等定位孔圖案100之間的距離與該水浸式超音波探傷樣品83之該等定位孔84之間的距離相符。

接著，如步驟S96所示，將該C掃瞄圖10列印成一C掃瞄圖片(圖未示)，再將該C掃瞄圖片黏貼於該水浸式超音波探傷樣品10之表面上，使得該C掃瞄圖片之該等定位孔圖案100與該水浸式超音波探傷樣品10之該等定位孔84完全重合。

接著，如步驟S97所示，利用電刻筆將該C掃瞄圖片10之缺陷輪廓102刻印於該水浸式超音波探傷樣品83之表面上，再移除該C掃瞄圖片10，以獲得具有缺陷輪廓102之該水浸式超音波探傷樣品83，例如圖4水浸式超音波探傷樣品83上已刻印之三個缺陷輪廓102分別編號為#1、#2，及#3。

接著，如步驟S98所示，自該具有缺陷輪廓102之水浸式超音波探傷樣品83，製備出如圖6所示之缺陷剖面樣品87。在本實施例中，是先從圖4水浸式超音波探傷樣品83切割出粗切割樣品85，其中，每一粗切割樣品85涵蓋單一個缺陷輪廓102，例如從圖4水浸式超音波探傷樣品83可切出三個粗切割樣品85，分別涵蓋編號#1、#2、#3之該三個缺陷輪廓102。

例如，圖5即為涵蓋編號#3之缺陷輪廓102之粗切割樣品85。然後，利用金相砂輪切割機沿著每一粗切割樣品85之缺陷輪廓中線103，分切每一粗切割樣品85，以自每一粗切割樣品85製備出兩個皆具有缺陷剖面86之缺陷剖面樣品87，例如圖6即為具有#3缺陷輪廓102之粗切割樣品85分切後的其中一塊缺陷剖面樣品87，其具有#3缺陷輪廓102對應的缺陷剖面86。最後，依據一般金相試片製備程序完成該缺陷剖面樣品87，程序包括：鑲埋過程(視需要而定)、研磨過程，及拋光過程等。

參閱圖2、7、8，於是，以#3缺陷輪廓102對應的缺陷剖面樣品87為例，藉由缺陷輪廓102於缺陷剖面86邊緣標記缺陷長度分布範圍，同時利用C掃瞄圖(C-Scan)測得缺陷至鋼材表面831之距離，藉此縮小缺陷搜尋範圍，再利用高倍率光學顯微鏡在標定的範圍內尋找缺陷，並確定缺陷的兩個端點，圖7為缺陷之其中一個端點。在確定缺陷端點位置後，該缺陷剖面樣品87在以低倍率光學顯微鏡觀察下，即可呈現出該缺陷剖面樣品87內的缺陷分布範圍，例如，圖8中兩箭頭指示處即為缺陷兩端，其長度為約4899μm，距離鋼材表面831約2317μm。

綜上所述，本發明超音波探傷儀輔助定位之鋼材缺陷樣品製備方法至少具有以下優點與功效：(1)可精確定位該鋼材80內部缺陷的絕對位置；(2)可成功製備該缺陷剖面樣品87；(3)以光學顯微鏡搭配高倍率定位缺陷端點及低倍率呈現整體缺陷樣貌，即可清晰辨認該缺陷剖面樣品87之缺陷剖面金相；(4)該水浸式超音波探傷樣品83內的缺陷至該加工面832之距離大於2mm，故可避免缺陷落入超音波探傷的訊號盲區；故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

10:C掃瞄圖 100:定位孔圖案 101:缺陷圖案 102:缺陷輪廓 103:缺陷輪廓中線 80:鋼材 81:缺陷標記 82:樣品粗胚 83:水浸式超音波探傷樣品 831:鋼材表面 832:加工面 84:定位孔 85:粗切割樣品 86:缺陷剖面 87:缺陷剖面樣品 S90~S98:步驟

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一流程圖，說明本發明超音波探傷儀輔助定位之鋼材缺陷樣品製備方法之實施例；圖2是一示意圖，說明在本實施例中，從一鋼材產生一水浸式超音波探傷樣品的過程；圖3是一操作畫面，說明在本實施例中經由水浸式超音波探傷產生的C掃瞄圖(C-scan)；圖4是一照片，說明本實施例中的一水浸式超音波探傷樣品；圖5是一照片，說明在本實施例中，係利用金相砂輪切割機沿著粗切割樣品之缺陷輪廓中線，分切該粗切割樣品；圖6是一照片，說明在本實施例中，該粗切割樣品經分切之後，即可得到具有缺陷剖面之缺陷剖面樣品；圖7是一光學顯微鏡樣貌圖，說明該缺陷剖面樣品之該缺陷剖面在高倍率光學顯微鏡下的樣貌；及圖8是一光學顯微鏡樣貌圖，說明該缺陷剖面樣品之該缺陷剖面在低倍率光學顯微鏡下的樣貌。

S90~S98:步驟

Claims

一種超音波探傷儀輔助定位之鋼材缺陷樣品製備方法，包含以下步驟：(a)利用接觸式超音波探傷儀，粗略定位鋼材內的至少一缺陷，再於所述鋼材表面上劃出對應於所述缺陷的位置的缺陷標記；(b)對所述鋼材切割加工，以獲得樣品粗胚；(c)自所述樣品粗胚切割出包括所述缺陷標記的水浸式超音波探傷樣品，並於所述水浸式超音波探傷樣品表面上鑽出數個定位孔；(d)對所述水浸式超音波探傷樣品進行水浸式超音波探傷，以獲得C掃瞄圖，所述C掃瞄圖具有數個分別對應於所述定位孔的定位孔圖案，及至少一個缺陷圖案；(e)標定所述C掃瞄圖之所述缺陷圖案之缺陷輪廓；(f)調整所述C掃瞄圖之輸出比例，使得所述定位孔圖案之間的距離與所述水浸式超音波探傷樣品之所述定位孔之間的距離相符；(g)將所述調整輸出比例後之C掃瞄圖列印成C掃瞄圖片，再將所述C掃瞄圖片黏貼於所述水浸式超音波探傷樣品之表面上，使得所述C掃瞄圖片之所述定位孔圖案與所述水浸式超音波探傷樣品之所述定位孔完全重合；(h)將所述C掃瞄圖片之所述缺陷輪廓刻印於所述水浸式超音波探傷樣品之表面上，再移除所述C掃瞄圖片，以獲得具有所述缺陷輪廓之所述水浸式超音波探傷樣品； (i)自所述水浸式超音波探傷樣品切割出粗切割樣品，每一粗切割樣品涵蓋單一個缺陷輪廓；及(j)將每一粗切割樣品分切，以自每一粗切割樣品製備兩個皆具有缺陷剖面之缺陷剖面樣品。
如請求項1所述的超音波探傷儀輔助定位之鋼材缺陷樣品製備方法，其中，在所述步驟(c)中，所述定位孔之數量為四個，且所述定位孔分別位於所述水浸式超音波探傷樣品之四個角落。
如請求項1所述的超音波探傷儀輔助定位之鋼材缺陷樣品製備方法，其中，在所述步驟(c)中，所述定位孔之直徑為約4mm。
如請求項1所述的超音波探傷儀輔助定位之鋼材缺陷樣品製備方法，其中，在所述步驟(a)中，所述接觸式超音波探傷儀可提供所述缺陷之缺陷深度資訊，在所述步驟(c)中，所述水浸式超音波探傷樣品具有一鋼材表面，及一相反於所述鋼材表面的加工面，所述水浸式超音波探傷樣品之厚度是取決於所述缺陷深度資訊，其中，所述缺陷至所述加工面之距離大於2mm。
如請求項4所述的超音波探傷儀輔助定位之鋼材缺陷樣品製備方法，其中，所述加工面需依序以銑床及磨床加工至粗糙度達三個加工符號。
如請求項4所述的超音波探傷儀輔助定位之鋼材缺陷樣品製備方法，其中，在所述步驟(d)中，所述水浸式超音波探傷樣品是以所述加工面朝上且所述鋼材表面朝下之方式進行水浸式超音波探傷，以獲得原始C掃瞄圖，再將所述原始C掃瞄圖左右翻轉，以獲得所述C掃瞄圖。
如請求項1所述的超音波探傷儀輔助定位之鋼材缺陷樣品製備方法，其中，在所述步驟(h)中，係利用電刻筆將所述C掃瞄圖片之所述缺陷輪廓刻印於所述水浸式超音波探傷樣品之表面上。
如請求項1所述的超音波探傷儀輔助定位之鋼材缺陷樣品製備方法，其中，在所述步驟(j)中，係利用金相砂輪切割機沿著每一粗切割樣品之缺陷輪廓中線，分切每一粗切割樣品。
如請求項8所述的超音波探傷儀輔助定位之鋼材缺陷樣品製備方法，其中，在所述步驟(j)中，至少還對所述缺陷剖面進行研磨過程，及拋光過程。
如請求項1所述的超音波探傷儀輔助定位之鋼材缺陷樣品製備方法，其中，在所述步驟(d)中，係利用具有15MHz聚焦探頭之水浸式超音波探傷儀，對所述水浸式超音波探傷樣品進行水浸式超音波探傷。