การกัดกร่อนกับท่อทองแดงแบบรังมด (Ant-nest corrosion)

วันนี้มีเคสจากหน่วยงานขนส่งมวลแห่งหนึ่งแจ้งว่าท่อทองแดงในระบบเครื่องปรับอากาศเกิดการกัดกร่อนแล้วนำมาสู่การรั่วมาปรึกษา ผมจำได้ว่าเคยวิเคราะห์เคสลักษณะนี้มาก่อน (หลายเคส/หลายผู้ผลิต) จึงอยากนำเสนอรูปแบบการกัดกร่อนที่จำเพาะเจาะจงกับท่อทองแดง…ที่เรียกว่า

การกัดกร่อนแบบรังมด (Ant-nest corrosion) หรือการกัดกร่อนจากกรดมด (Formicary corrosion) เป็นรูปแบบการกัดกร่อนแบบเฉพาะที่บนผิวท่อทองแดง ถือว่าเป็นการกัดกร่อนแบบรูเข็ม (Pitting corrosion) อีกชนิดหนึ่ง แต่รูเข็มที่ผิวมีขนาดเล็กมากจนไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า (ดูภาพแรก) แต่ภายใต้รูรั่วบนท่อทองแดงที่เกิดการกัดกร่อนจะมีการขยายตัวคล้ายกับลักษณะของรังมดที่มีรูปร่างของรูเข็มไม่แน่นอน ชอนไชไปทั่ว และแตกแขนงเป็นกิ่งก้านสาขาหรือเป็นโพรงภายในเนื้อวัสดุ (ดูภาพที่ 2-3) ซึ่งสามารถหารูรั่วได้โดยการทำ leak test

การกัดกร่อนแบบรังมดมักปรากฏในท่อทองแดงผนังบางของเครื่องปรับอากาศหรืออุปกรณ์ทำความเย็น เมื่อเกิดขึ้นอาจนำไปสู่การรั่วไหลของสารภายในท่อหลังจากใช้งานเพียงแค่สัปดาห์หรือไม่กี่เดือน บางครั้งเกิดในระหว่างการทดสอบการรั่วไหลหลังการติดตั้ง ความเสียหายมักพบในพื้นที่แคบ ซอก มุมอับ ในอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนแบบปิด หรือระหว่างท่อทองแดงกับอะลูมิเนียมฟินในระบบทำความร้อน ระบบระบายอากาศ และความเค้นเฉพาะจุดอาจนำไปสู่การกัดกร่อนแบบรังมดได้เช่นเดียวกัน

การกัดกร่อนแบบรังมดจะเกิดขึ้นได้ต้องมีองค์ประเกิดขึ้นพร้อมๆ กันได้แก่ อากาศ ความชื้น และสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่ายบางชนิดที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ การสลายตัวของสารประกอบเหล่านี้เมื่อมีอากาศและความชื้นทำให้เกิดไอระเหยของกรดคาร์บอกซิลิก แหล่งที่มาของกรดอินทรีย์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ได้แก่ น้ำมันหล่อลื่นสังเคราะห์ และตัวทำละลายอินทรีย์คลอรีนที่ใช้ในการขจัดคราบไขมัน การทำความสะอาด และ pickling ในกระบวนการผลิตท่อ และกระบวนการประกอบชิลเลอร์ เป็นต้น

การกัดกร่อนบนพื้นผิวด้านนอกดังตัวอย่างนี้สามารถป้องกันได้โดยการควบคุมความชื้นในสภาพแวดล้อมอย่างเข้มงวด และการใช้สารยับยั้งการกัดกร่อนหรือสารเคลือบ

สอบถามข้อมูลเพิ่มเติม

ติดต่อ 0 2564 6500 ต่อ 4736

siam.kae@mtec.or.th

การแตกหักของเพลาเครื่องมิกเซอร์ (Fatigue fracture of mixture shaft)

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

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