วันนี้มีเคสจาก FB page สอบถามมาเกี่ยวกับการแตกหักของเพลาเครื่องมิกเซอร์ ผมเห็นว่าน่าจะเป็นประโยชน์ในการพิจารณาเบื้องต้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งประโยคที่ผมชอบพูดเวลาสอนวิชา Fractography คือ “Locating the fracture origin is a primary goal of fractography and is vital to successful failure analyses”
เพลาเป็นส่วนประกอบของเครื่องจักรหมุนที่ทำหน้าที่ถ่ายโอนกำลังของอุปกรณ์ขับเคลื่อนไปยังตำแหน่งที่ต้องการ ส่วนใหญ่มักจะติดตั้งกับเกียร์หรือรอกที่ยึดแน่นด้วยลิ่มหรือร่องลิ่ม ในระหว่างการทำงาน เพลาต้องอยู่ภายใต้การรับแรงบิด (เนื่องจากทอร์ค) และความเค้นดัด (เนื่องจากน้ำหนักของตัวเพลาเองและน้ำหนักของชิ้นส่วนอื่นๆ ที่ประกอบเข้าด้วยกัน) ทำให้เกิดความเค้นแรงดึง-แรงอัดแบบไดนามิกสลับกันบนผิวหน้าของเพลา
โดยทั่วไป เพลามักมีส่วนต่างๆ ที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางหน้าตัดไม่เท่ากัน บริเวณที่มีการเปลี่ยนแปลงขนาดหน้าตัดมักมีความเข้มของความเค้นสูง (High Stress Concentration) หน้าสัมผัสระหว่างขอบวงแหวนตลับลูกปืนและผิวของเพลาสามารถแสดงตัวเป็นจุดรวมความเค้นได้เช่นกัน ด้วยเหตุนี้เพลาจึงค่อนข้างมีความไวต่อการแตกหักด้วยกลไกการล้า (Fatigue Fracture) ในขณะเดียวกันความไวต่อการแตกหักสามารถเพิ่มขึ้นไปอีกถ้าเพลาผ่านกระบวนการปรับปรุงพื้นผิว (Surface Treatment) ที่ไม่เพียงพอ (พื้นผิวที่หยาบและโครงสร้างจุลภาคที่ไม่เหมาะสมบริเวณผิวของเพลา)
สำหรับเคสนี้...จากการตรวจสอบผิวหน้าแตกหักของเพลาแสดงให้เห็นพื้นผิวแตกหักด้วยกลไกการล้า (ดูรูปที่ 1 ประกอบ) โดยมีสัดส่วนระหว่างผิวหน้าที่แตกหักด้วยกลไกการล้า (Fatigue Zone) และผิวหน้าที่แตกหักขั้นสุดท้าย (Fast Fracture Zone) อยู่ที่ 85% และ 15% ตามลำดับ ซึ่งสะท้อนถึงความเค้นในระหว่างการทำงานที่ค่อนข้างต่ำ (ดูรูปที่ 2 ประกอบ)
บน Fatigue Zone ที่มีการขยายตัวของรอยแตกอย่างช้าๆ สามารถสังเกตเห็น beach mark (เส้นประโค้งสีขาว) ได้ชัดเจนพอสมควร ทิศทางของการขยายตัวของรอยแตกร้าวและการหมุนของเพลาสามารถสังเกตได้จากการเปลี่ยนแปลงของพื้นผิวหน้าแตกหักในขั้นสุดท้ายที่อยู่เยื้อง ๆ กับจุดเริ่มรอยแตก รวมทั้งรูปร่างของ beach mark และทิศทางการขยายตัวของผิวหน้าแตกหัก (ลูกศรสีขาวซึ่งตั้งฉากกับ beach mark)
การพบพื้นที่การแตกหักในช่วงสุดท้ายขนาดเล็ก นอกจากจะบอกว่าความเค้นในระหว่างการทำงานที่ค่อนข้างต่ำ (ดูรูปที่ 3 ประกอบ) นั้น ในขณะเดียวลกัน ก็กำลังจะบอกว่า จุดเริ่มรอยแตกน่าจะเป็นจุดรวมความเค้นหรือมีความเข้มของความเค้นสูง (High Stress Concentrator) ซึ่งโดยส่วนมาก (จากประสบการณ์ของแอด) จุดเริ่มรอยแตกมักเป็นบริเวณร่องมุมของลิ่มซึ่งโดย design ก็มีความเค้นสะสมสูง แต่เคสนี้จุดเริ่มรอยแตกเหมือนจะอยู่ที่ขอบของร่องลิ่ม (Edge of Keyway) ซึ่งเป็นหน้าสัมผัสระหว่างเพลากับแบริ่ง (ยังไม่เห็นชิ้นงานจริง)
ซึ่งโดยศาสตร์ของวิเคราะห์ผิวหน้าแตก เมื่อ identify จุดเริ่มรอยแตกได้แล้วก็ต้องไปพิสูจน์เชิงลึกต่อไปว่าเกิดอะไรขึ้น ณ จุดนั้น ผลการตรวจสอบอาจจะพบรอยยุบตัวจากการกดของผิวเพลา รอยเสียดสีที่รุนแรง หรือมีจุดบกพร่องมาจากการออกแบบและการผลิตร่องลิ่มแล้วมาส่งผลต่อเนื่องในระหว่างการประกอบ/ติดตั้ง เป็นต้น (ปล. ชิ้นนี้ยังไม่ได้ตรวจเชิงลึก)
เห็นแล้วใช่ไหมครับว่า ถ้าชี้ Fracture origin ถูก..จะนำมาสู่การแก้ปัญหาได้อย่างถูกต้อง เช่น การทำ redesign บริเวณ keyway เพื่อให้มีการกระจายตัวของความเค้นที่ดีขึ้น (ดังรูปที่ 4) แต่ถ้าชี้ผิด..ชีวิตเปลี่ยนเลยนะครับ
#failureanalysis #reliability #assesessment #shaft #FEM #fracture #welding #fractography #failuremodes
สนใจงานวิเคราะห์ความเสียหาย งานวิจัย ร่วมวิจัย สามารถสอบถามข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่
siam.famd@gmail.com
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น