การระบุจุดเริ่มรอยแตก (Identification of Fracture Origin)

การตรวจสอบที่กำลังขยายสูงด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (Scanning Electron Microscope หรือ SEM)

บางครั้งการตรวจสอบผิวหน้าแตกในระดับมหภาค (Macrofractography) อาจบอกได้เพียงรูปแบบการแตก (Fracture Mode) ว่าเป็นการแตกแบบเหนียว (Ductile Fracture) หรือแตกเปราะ (Brittle Fracture) แต่ยังไม่สามารถบอกกลไกการแตกหัก (Fracture Mechanism) ได้ จึงจำเป็นต้องมีการตรวจสอบที่กำลังขยายสูงด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (Scanning Electron Microscope หรือ SEM) ดังเช่นกรณีตัวอย่างนี้

ท่อเกิดรอยแตกร้าวข้าง ๆ แนวเชื่อม

ท่อเหล็กกล้าไร้สนิม ASTM A376 เกรด TP321 ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 14 นิ้ว เกิดการแตกร้าวหลังจากผ่านการใช้งานได้ประมาณ 2 ปี ผลการตรวจสอบส่วนทางเคมี การทดสอบความต้านทานแรงดึง การทดสอบความต้านทานแรงกระแทก และการวัดความแข็ง พบว่าเป็นไปตามเกณฑ์ทุกอย่าง เกิดอะไรขึ้น?

ผิวแตกเก่า (บน) และผิวแตกใหม่ (ล่าง)

การตรวจสอบผิวหน้าแตกหัก >> ถ้าไม่มีความเชี่ยวชาญ อาจไม่สามารถบอกได้ว่า “จุดเริ่มต้นรอยแตก” อยู่ตรงไหน ถ้าระบุผิด >> การสรุปผลก็จะผิดตามไปด้วย

เนื่องจากผิวหน้าแตกหักมักทิ้งร่องรอยด้วยเครื่องหมายต่าง ๆ (ที่สื่อไปถึงจุดเริ่มรอยแตก รูปแบบการแตก ลักษณะของแรงกระทำ อันตรกิริยากับสิ่งแวดล้อม ฯ) เช่น Chevron Marks, Radial Marks, Beach Marks, River Marks และ Shear Lips เป็นต้น

จุดเริ่มอยู่ที่ผนังด้านนอกท่อ โดยปลายแหลมของ Chevron Marks (>) จะชี้ไปยังจุดเริ่มต้น

สำหรับเคสนี้ จะเน้นเฉพาะ “การวิเคราะห์ผิวหน้าหัก” แล้วไปขยายผลเท่านั้น ซึ่งเราเห็น Chevron Marks (<, >) ที่สามารถบอกว่าจุดเริ่มอยู่ที่ผนังด้านนอกท่อ (ปลายแหลมของ Chevron Marks (>) จะชี้ไปยังจุดเริ่มต้น) จากการตรวจสอบในระดับมหภาคบอกได้ว่าเป็นการแตกแบบเปราะ และจากการตรวจสอบแบบจุลภาคด้วย SEM พบว่าเป็นการแตกตามขอบเกรนและพบการแตกตะกอนของเฟสสารประกอบเชิงโลหะ (Intermetallic Phase) ตามขอบเกรน ในขณะที่โซนที่แตกหักสุดท้ายพบ Dimples ที่เป็นลักษณะเฉพาะของการแตกหักแบบเหนียวจากการรับแรงดึงเกินพิกัด (Tensile Overload)

จากการตรวจสอบผิวแตกด้วย SEM พบการแตกตามขอบเกรนและพบการแตกตะกอนของเฟสสารประกอบเชิงโลหะ

 ในขณะที่โซนที่แตกหักสุดท้ายพบ Dimples

เราจะเห็นว่า ถ้าเราชี้จุดเริ่มรอยแตกผิดจะเกิดอะไรขึ้น? ก็สรุปกลไกการแตกหักผิดนั่นเอง

นอกจากนี้เรายังสามารถขยายผลบริเวณจุดเริ่มรอยแตกด้วยการผ่าดูโครงสร้างจุลภาค ผลการตรวจสอบแสดงให้เห็นว่าท่อที่เกิดการแตกร้าวตามขอบเกรนที่ขยายตัวผ่านบริเวณที่มีการเรียงตัวของ Intermetallic Phases และพบ Slip Bands ค่อนข้างหนาแน่น

การตรวจสอบโครงสร้างจุลภาคพบ Slip Bands ค่อนข้างหนาแน่น

การแตกร้าวตามขอบเกรนที่ขยายตัวผ่านบริเวณที่มีการเรียงตัวของ Intermetallic Phases

เคสนี้ชี้ให้เห็นความสำคัญของการระบุจุดเริ่มรอยแตกโดยอาศัยเครื่องหมายที่ปรากฏบนผิวหน้าแตกหัก แล้วไปทำการขยายผลว่าเกิดความผิดพลาดอะไรขึ้น

#fractography #fracturemode #fracturemechanism #brittle #ductile #SEM #microscope #fractureorigin #SS321