วันศุกร์ที่ 24 มีนาคม พ.ศ. 2560

การเสียหายของชิ้นส่วนใบพัดเครื่องสูบน้ำ (Failure of Pump Impeller)


 รูปที่ 1 แบบจำลองใบพัด

ใบพัดเครื่องสูบน้ำขนาดใหญ่ (รูปที่ 1ผลิตจากเหล็กกล้าไร้สนิมหล่อตามข้อกำหนดของ ASTM A743-83 CF-8หรือเทียบเท่าเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 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.

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น

การกัดกร่อนกับท่อทองแดงแบบรังมด (Ant-nest corrosion)

วันนี้มีเคสจากหน่วยงานขนส่งมวลแห่งหนึ่งแจ้งว่าท่อทองแดงในระบบเครื่องปรับอากาศเกิดการกัดกร่อนแล้วนำมาสู่การรั่วมาปรึกษา ผมจำได้ว่าเคยวิเคราะห...