รูปที่ 1 แบบจำลองใบพัด
ใบพัดเครื่องสูบน้ำขนาดใหญ่ (รูปที่ 1) ผลิตจากเหล็กกล้าไร้สนิมหล่อตามข้อกำหนดของ ASTM A743-83 CF-8M หรือเทียบเท่าเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 316 เกิดการแตกหักหลังการติดตั้งและใช้งานได้ประมาณ 10 วัน
จากการตรวจสอบลักษณะทางกายภาพของชิ้นส่วนใบพัดพบรอยแตกร้าวบริเวณทางเข้าของน้ำที่ไหลผ่าน
(Inlet
of the Flow Passage) ในตำแหน่ง T-joint Fillet บริเวณรอยต่อระหว่างชิ้นส่วน Wall และ Blade ซึ่งเป็นตำแหน่งที่มีความเข้มข้นของความเค้นสูง (High Stress
Concentration)[1] บางตำแหน่งของรอยร้าวพบว่ามีการขยายตัวผ่านโพรงหดตัว
(Shrinkage Porosity) ดูรูปที่ 2
รูปที่ 2 ตำแหน่งที่เกิดการแตกร้าวและลักษณะของจุดบกพร่อง
จากการตรวจสอบผิวหน้าแตกหัก
พบจุดเริ่มต้นของรอยแตกขยายตัวมาจากโพรงหดตัวที่ปรากฏบนผิวด้านนอก
ซึ่งยืนยันได้จากการการปรากฏของ Radial Mark ซึ่งมีลักษณะแผ่เป็นรัศมีออกมาจากจุดเริ่มต้น[2]
รอยแตกขยายตัวด้วยกลไกการล้า[3] ซึ่งยืนยันได้จากการตรวจพบ Striation ดังภาพถ่ายจาก
SEM (ดูรูปที่ 3)
รูปที่ 3 ลักษณะทางกายภาพของผิวหน้าแตกหัก
โพรงหดตัวเป็นจุดบกพร่องที่เกิดจากกระบวนการหล่อ
(Casting
Defect)[3] โดยเมื่อโลหะหลอมเหลวเริ่มมีการแข็งตัวทำให้ปริมาตรของโลหะลดจึงส่งผลให้เกิดเป็นช่องว่างขึ้นมา
แต่ถ้ามีการเติมเต็มของโลหะหลอมเหลวอย่างเพียงพอในระหว่างการเย็นตัวก็จะไม่เกิดจุดบกพร่องดังกล่าว
ในบางกรณีอาจมีการเติมเต็มโลหะหลอมเหลวไม่เพียงพอโดยเฉพาะในบริเวณที่มีการเย็นตัวสุดท้ายหรือมีการเย็นตัวเร็วเกินไปก็อาจทำให้โลหะหลอมเหลวเข้าไปเติมเต็มไม่ได้จึงเกิดเป็นโพรงหดตัวได้เช่นเดียวกัน จุดบกพร่องดังกล่าวมักแสดงตัวเป็นจุดรวมความเค้น (Stress Concentrator) เมื่ออยู่ภายใต้การรับแรงเค้นแบบคาบ (ซึ่งเป็นรูปแบบการแตกหักที่แรงเค้นมีค่าต่ำกว่า static yield strength ของวัสดุ) จะเป็นจุดเริ่มของรอยแตกได้ง่าย
สำหรับโพรงอากาศที่อยู่ในชิ้นส่วนจะทำให้ความสามารถในการรับแรงของวัสดุลดลงและส่งเสริมให้เกิดการขยายตัวของรอยแตกได้ง่ายและเร็วยิ่งขึ้น
โพรงหดตัวที่เกิดขึ้นที่ผิวหน้าชิ้นส่วนสามารถตรวจสอบได้ด้วยตาเปล่าหรืออาจใช้เทคนิคสารแทรกซึม
(PT)
ช่วยในการตรวจสอบ
ในกรณีที่โพรงอากาศอยู่ภายในชิ้นส่วนอาจใช้เทคนิคการฉายรังสี (Radiographic
Testing) ช่วยในการตรวจสอบได้
เพื่อลดความรุนแรงของปัญหาดังกล่าว
ดังนั้นผู้ผลิตควรมีการควบคุมคุณภาพการผลิตอย่างใกล้ชิด เพื่อลดจุดบกพร่อง
นอกจากนี้จะต้องมีการลดระดับความเค้นในตำแหน่งที่ถูกระบุว่ามีความเค้นสูงสุด คือ บริเวณ
T-joint
Fillet โดยการจำลองด้วยโปรแกรมไฟไนต์อิลิเมนต์ (Finite
Element Methods)[1] โดยการเพิ่มรัศมีความโค้งในบริเวณ Fillet
เอกสารอ้างอิง
[1] Egusquiza E, Valero C, Huang X, Jou E, Guardo
A, Rodriguez C. Failure investigation of a large pump-turbine runner. Eng Fail
Anal 2012; 23:27–34.
[2] Parrington RJ. Fractographic features in metals
and plastics. Advanced Materials & Processes 2003: 37-40.
[3] Sachs NW. Understanding the surface features of fatigue fractures:
how they describe the failure cause and the failure history. JFAPBC 2005;2:11-15.
