การเสียหายของ PIG Sealing Disc (Degradation of PIG Sealing Disc)

วันนี้มีเคสการเสียหายของชิ้นส่วน PIG Sealing Disc (ดูภาพที่ 1 ประกอบ) ที่ใช้ในการทำความสะอาดท่อลำเลียงก๊าซธรรมชาติเกิดการแตกหักหลังจากใช้งานได้ประมาณ 1 วัน กว่าๆ มาแชร์ครับ

Sealing Disc ผลิตจากโพลียูรีเทนที่มีความต้านทานต่อการขัดสีและเคมีสูง ถูกจัดเก็บภายในห้องปรับอากาศที่อุณหภูมิประมาณ 25 องศาเซลเซียส ความชื้นสัมพัทธ์ร้อยละ 60 เป็นเวลาประมาณ 1 ปี...

เลยอยากเอามาเล่าให้แฟนเพจได้ทราบกันว่า ผิวหน้าแตกหักของพลาสติก โพลิเมอร์หรือเซรามิกส์ก็มีความคล้ายกับโลหะ แต่อาจใช้เทคนิคในการวิเคราะห์ที่แตกต่างกันไปบ้างตามชนิดของวัสดุ ลองมาดูเคสนี้ว่ามีเทคนิคอะไรที่ต่างไปจากการตรวจสอบโลหะ

จากการตรวจสอบผิวหน้าแตกหัก..ชัดเจนว่าจุดเริ่มรอยแตกขยายตัวมาจากผิวหน้าบริเวณที่สัมผัสกับท่อก็าซด้วยกลไกการล้า (Fatigue fracture) ดังภาพประกอบที่ 2 ซึ่งพบ beach marks อย่างชัดเจน

คำถามคือ เกิดอะไรขึ้นกับวัสดุตรงบริเวณจุดเริ่มรอยแตก?

การตรวจสอบลักษณะทางกายภาพเบื้องต้น พบคราบตะกรันเกาะเป็นจุด ๆ และการเสียรูปจากการเสียดสี ชิ้นงานฉีกขาดออกจากกันจนสามารถมองเห็นเนื้อชิ้นงานด้านในได้ และมีรอยแตกเป็นแนวที่เห็นได้ชัดเจน

การผ่าชิ้นงานผ่านจุดเริ่มรอยแตกพบโพรงจากการเสื่อมสภาพของโพลิเมอร์ (ดูภาพที่ 3 ประกอบ) ซึ่งยืนยันได้อย่างชัดเจนจากผลการ x-ray

ผลการวัดความหนาเทียบกันระหว่างชิ้นที่เสียหายกับชิ้นที่ยังไม่ใช้งาน พบว่าชิ้นที่เสียหายมีความหนาน้อยกว่าชิ้นปกติประมาณ 1 ซม.

นอกจากยังมีการตรวจสอบด้วยเทคนิคอื่น ๆ เพื่อยืนยันสาเหตุการเสียหายได้แก่ การตรวจสอบลักษณะพื้นผิวด้วย SEM พบว่าพื้นผิวมีลักษณะเป็นจุด ๆ มีรูพรุนขนาดเล็ก ๆ เกิดขึ้นทั่วบริเวณ และบางบริเวณมีรูพรุนรวมตัวกันเห็นเป็นรอยขรุขระ

การตรวจสอบสมบัติ Glass Transition Temperature ด้วยเทคนิค DSC (Differential Scanning Calorimetry) ผลการทดสอบเทียบกับชิ้นปกติพบว่ามีค่า TG ใกล้เคียงกันและไม่อยู่ในช่วงอุณหภูมิการใช้งาน

การตรวจสอบการเสื่อมสภาพของโพลิเมอร์ด้วยเทคนิค FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) พบว่า ในบางช่วงความถี่แสง ชิ้นงาน Sealing Disc มีความสามารถในการดูดกลืนแสงที่แตกต่างกัน ซึ่งอาจเป็นไปได้ว่าในบางหมู่ฟังก์ชันของ polyurethane เกิดการสลายตัวหรือมีหมู่ฟังก์ชันแปลกปลอมเจือปนเข้ามา เช่น อาจสัมผัสกับน้ำหรือความชื้นเป็นเวลานาน จนเกิด Carboxyl จากกระบวนการ Hydrolysis

นอกจากนี้....เคสนี้ยังมีการทดสอบด้วยเทคนิคอื่นๆ เพิ่มเติม ได้แก่ การวัดสมบัติทางกล และ การวิเคราะห์ด้วย EDS เป็นต้น จนไปสู่การสรุปความน่าจะเป็นของการเสื่อมสภาพของ sealing disc ว่าน่าจะเกิดจากขั้นตอนการจัดเก็บที่มีความชื้นสูงเป็นเวลาแล้วเกิด hydrolysis

เคสนี้ แม้ว่าสามารถชี้ Fracture origin ได้อย่างง่ายดาย แต่ถ้าไม่ทราบสมบัติเบื้องของวัสดุ สภาวะการจัดเก็บและการใช้งาน รวมทั้งเทคนิคการตรวจสอบสมบัติด้านต่างๆ ของวัสดุประเภทนั้น ๆ ก็อาจยังไม่ได้คำตอบที่ชัดเจนว่าวัสดุ fail เพราะอะไร?

#failureanalysis #reliability #assesessment #PIG #sealingdisc #fracture #fractography #ftir #tg

สนใจงานทดสอบ วิเคราะห์ความเสียหาย งานวิจัย ร่วมวิจัย สามารถสอบถามข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่

siam.famd@gmail.com

การแตกหักของรางรถไฟ (Broken of steel rail)

วันนี้..มีเคสการแตกหักของรางรถไฟ (รูปที่ 1) มาแชร์ครับ

รางรถไฟเป็นชิ้นส่วนที่ต้องมีความปลอดภัยสูงในระหว่างการใช้งานซึ่งจะต้องอยู่ภายใต้สภาวะการรับความเค้นอย่างรุนแรงรวมทั้งความร้อนจากแรงเสียดทานและความเครียดเฉือนเนื่องจากแรงฉุด นอกจากนี้ยังมีแรงแบบไดนามิกที่ส่งมาจากล้อที่หมุนอยู่ตลอดเวลา เงื่อนไขการรับแรงทั้งหมดเหล่านี้ทำให้รางบริเวณพื้นที่สัมผัสกับล้อมีการเสื่อมสภาพในรูปของการเสียรูปแบบถาวร (Plastic Deformation) การสึกหรอ (Wear) และความล้าจากการกลิ้งสัมผัส (Rolling Contact Fatigue) ดังนั้นบริเวณที่มักเป็นจุดเริ่มต้นการเสียหายของรางคือผิวหน้าสัมผัสกับล้อ (ดังรูปประกอบที่ 2)

สำหรับรางที่เกิดการสึกหรอและเสียเนื้อโลหะจนสูญเสียมิติ จำเป็นต้องมีการเชื่อมซ่อมเพื่อเติมเต็มโลหะให้รางได้พิกัดตามมาตรฐาน จึงจะสามารถใช้งานต่อไปได้ ซึ่งผู้เกี่ยวข้องในการซ่อมบำรุงรางที่สึกหรอก็หนีไม่พ้นช่างเชื่อมและนักทดสอบแบบไม่ทำลาย แต่ถ้าบุคลากรเหล่านั้นไม่มีคุณภาพตามหลักสากลก็อาจทำให้เกิดการแตกหักและเกิด derailment ตามมาได้

จากผลการตรวจสอบก็ยืนยันชัดเจนว่าแตกหักด้วยกลไกการล้า (Fatigue Fracture) ซึ่งไม่เกินความคาดหมายเนื่องจากแรงกระทำส่วนใหญ่เป็นแบบคาบ (Cyclic Load) มีจุดเริ่มรอยแตกบริเวณสัมผัสบังใบล้อ จากการตรวจสอบภาคตัดขวาง (Cross Section) พบชั้นเชื่อมซ่อม (Weld Repair Layer) เมื่อตรวจสอบผิวแตกด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) พบว่า เนื้อโลหะบริเวณเชื่อมซ่อมไม่ได้คุณภาพมีรูพรุนมากมาย (รูปที่ 3-5) และการทดสอบแบบไม่ทำลายหลังการเชื่อมอาจมีขีดความสามารถในการตรวจจับจุดบกพร่องได้ไม่ละเอียดพอ เมื่อใช้งานอีกครั้งจึงเกิดการแตกหัก

ตอนนี้ประเทศไทยมีการลงทุนด้านโครงสร้างพื้นฐานระบบขนส่งทางรางมากมายทั้งทางคู่และความเร็วสูงคิดเป็นมูลค่าหลายแสนล้านบาท ถัดจากนี้ไปก็เป็นเรื่องของการซ่อมบำรุงเป็นหลัก ถามว่าประเทศเราได้ลงทุนสร้างองค์ความรู้ ช่างเทคนิค วิศวกร และผู้เชี่ยวชาญด้านนี้เพื่อรองรับระบบการซ่อมบำรุงมากพอหรือยัง?

#failureanalysis #reliability #assesessment #rail #rollingstock #fracture #fractography #railmaintenance #railndt #rialknowledge #railinspector #railbreak #ขนส่งทางราง

สนใจงานทดสอบ วิเคราะห์ความเสียหาย งานวิจัย ร่วมวิจัย สามารถสอบถามข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่

siam.famd@gmail.com

การกัดกร่อนของสายเคเบิลทองแดง (Corrosion of copper cable)

วันนี้มีเคสที่เกิดขึ้นนานมาแล้วมาแชร์ครับ

ในยุคที่โทรศัพท์มือถือยังไม่เป็นที่แพร่หลายในประเทศไทย การสื่อสารส่วนใหญ่ใช้โทรศัพท์บ้านหรือโทรศัพท์ในสำนักงานเป็นหลัก ช่วงนั้นมีการติดตั้งและขยายสัญญาณโทรศัพท์อย่างรวดเร็ว ทั้งในเขตกรุงเทพฯและปริมณฑล

การให้บริการด้านโทรศัพท์ในช่วงนั้นใช้สายเคเบิลที่ฝังอยู่ในท่อใต้ดินเป็นตัวกลางในการส่งสัญญาณ

ในระหว่างการให้บริการในช่วงเวลาประมาณ 5-6 ปีต่อมา ได้ตรวจพบปัญหาการขัดข้องของสัญญาณในหลายคู่สายโทรศัพท์

ปัญหาที่เกิดขึ้นพบในลวดทองแดงซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางแรกเริ่ม 2.54 มิลลิเมตรและถูกลดขนาดเหลือ 0.4 มิลลิเมตร แล้วทำการอบอ่อนเพื่อลดความเค้นตกค้างจากการรีด พร้อมกับหุ้มฉนวนด้วยโพลีเอทิลีน (PE Insulation)

เมื่อเกิดปัญหา ผมมีโอกาสได้ไปร่วมตรวจสอบที่หน้างาน (Onsite Investigation)

การตรวจสอบด้วยสายตา (Visual Inspection) ก็มีสภาพตามภาพประกอบเลยครับ ที่เห็นได้ชัดเจน คือ การเปลี่ยนสีของฉนวน PE ที่หุ้มลวดทองแดง และหลังจากเฉือนและลอก PE ออกพบการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นกับลวดทองแดง พบผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีเขียว และทองแดงเปลี่ยนเป็นสีเทาดำ

การวิเคราะห์ผิวลวดทองแดงที่เกิดการกัดกร่อนด้วย SEM และ EDS พบว่ามีธาตุซัลเฟอร์และออกซิเจนเป็นส่วนประกอบหลักในผลิตภัณฑ์การกัดกร่อน ซึ่งอาจอยู่ในรูปของ CuSO₄, CuS และ CuO

นอกจากนี้ การวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของคราบที่เกิดขึ้นใต้ PE ด้วยเทคนิค FT-Raman พบว่าคราบสีเขียวเป็นผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนของคอปเปอร์ซัลเฟต (CuSO₄) ส่วนคราบสีเทาดำมาจากการเสื่อมสภาพของ PE

และจากการตรวจสอบภาคตัดขวางและโครงสร้างจุลภาคพบการกัดกร่อนแบบเฉพาะจุดอย่างรุนแรง ทำให้เกิดโพรงและรูพรุน (Pitting Corrosion) บนผิวหน้าลวดใต้ฉนวน PE ซึ่งทำให้มองเห็นเป็นจุดสีดำคล้ายกับการเกิดเชื้อรา

การเสื่อมสภาพของลวดทองแดงในสายเคเบิลเกิดขึ้นได้จากการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าและการกัดกร่อนทางเคมีโดยตรง ในกรณีนี้เป็น "การกัดกร่อนทางเคมี" หรือ "Chemical Corrosion" ซึ่งเกิดจากปฏิกิริยาโดยตรงระหว่างโลหะกับสารเคมีบางชนิด ทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันและเกิดความเสียหายต่อพื้นผิวโลหะ สายเคเบิลทองแดงไวต่อการกัดกร่อนจากสารประกอบซัลเฟอร์ เช่น ซัลเฟอร์ไดออกไซด์และไฮโดรเจนซัลไฟด์ ซึ่งก็เป็นที่ทราบกันดีว่าท่อใต้ดินในบ้านเรามีในน้ำแช่ขังอยู่ภายในจะมีสารประกอบเหล่านี้ค่อนข้างสูง

ไอออนทองแดงบนพื้นผิวสายไฟทำปฏิกิริยากับซัลเฟอร์ไดออกไซด์และเกิดเป็นสารต่าง ๆ เช่น คอปเปอร์ซัลเฟตและคอปเปอร์ไทโอซัลเฟต ทำให้เกิดการกัดกร่อนและการเปลี่ยนสีบนพื้นผิวของสายไฟดังภาพประกอบ

นอกจากการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าและการกัดกร่อนทางเคมี ยังมีปัจจัยอื่นๆ ที่ทำให้กระบวนการกัดกร่อนรุนแรงขึ้น ได้แก่:

1. อุณหภูมิ: อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะเร่งกระบวนการออกซิเดชันและการกัดกร่อนของโลหะ ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ไอออนของโลหะมีแนวโน้มที่จะทำปฏิกิริยากับไอออนในสารละลายมากขึ้น ส่งผลให้การกัดกร่อนเร็วขึ้น

2. ความชื้น: สภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูงเพิ่มการสัมผัสระหว่างโลหะกับไอน้ำ ทำให้เกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนเร็วขึ้น ฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวโลหะจะดูดความชื้นมากขึ้น เกิดชั้นอิเล็กโทรไลต์ที่ง่ายในการถ่ายโอนอิเล็กตรอน

3. ค่า pH: ค่า pH ของสารละลายมีผลต่ออัตราการกัดกร่อน ในสารละลายกรดที่มีค่า pH ต่ำ ฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวโลหะจะละลายง่ายขึ้น ทำให้การกัดกร่อนรุนแรงขึ้น

นี่คือเคสการเสื่อมสภาพของสายเคเบิลที่เกิดขึ้นในอดีต หวังว่าจะแชร์ประสบการณ์นี้เพื่อเป็นการเรียนรู้ร่วมกัน หากมีข้อเสนอแนะหรือความคิดเห็นเพิ่มเติม สามารถแสดงความคิดเห็นใต้โพสต์ได้เลยครับ

#corrosionfailure #coppercorrosion #crevicecorrosion #cablecorrosion #corrosion #pitting #patina #FARE #engineeringcomponent