การทดสอบการสึกหรอ (Wear Test)

     Wear หมายถึง การสึกหรอที่เกิดขึ้นบนผิวชิ้นงานที่เกิดจากการกระทำเชิงกลโดยสัมผัสกับของแข็ง, ของเหลว, หรือ แก๊ส เรียกว่า Abrasive wear  ปกติ wear จะเป็นอันตรายมาก แต่ถ้าเกิดเพียงเล็กน้อยอาจจะยอมรับได้

หลักกการทดสอบ Abrasive Wear Resistance

          นำชิ้นทดสอบที่ผ่านการเตรียมตามกรรมวิธีมาทดสอบหมุนไปพร้อมๆ กับล้อขัด (Abrasive wheel) ซึ่งจะถูกกดด้วยน้ำหนักขนาดต่างๆ ตามชนิดของชิ้นทดสอบ ในระหว่างทดสอบก็จะบันทึกจำนวนรอบที่ชิ้นทดสอบหมุนไป แล้วนำมาคำนวณหาว่าชิ้นทดสอบสึกหรอไปเท่าไรตามวิธีการคำนวณ

วิธีการทดสอบ แบ่งออกเป็น 3 วิธี คือ

1. Weight Loss Method วิธีนี้ใช้เปรียบเทียบค่า wear resistance ของวัสดุที่คล้ายกัน อัตราการสึกหรอหาได้จากน้ำหนักที่หายไปหลังจากผ่านการทดสอบต่อ 1,000 รอบ
2. Volume Loss Method ใช้เปรียบเทียบค่า wear resistance ของวัสดุที่มีค่าความถ่วงจำเพาะต่างกันมากๆ และต้องทราบค่าความถ่วงจำเพาะของวัสดุที่ทดสอบด้วย โดยหาน้ำหนักที่หายไปมาคิดเทียบกับค่าความถ่วงจำเพาะเพื่อที่จะหาปริมาตรที่หายไป
3. Depth of Wear Method ใช้เปรียบเทียบความลึกของรอยที่เกิด wear ต่อ 1,000 รอบ การวัดความลึกจะใช้กล้อง Depth meter วัด

ASTM G99-05(2010) standard test method for wear testing with a pin-on-disk apparatus.

การตรวจสอบค่าความเครียดในวัสดุด้วย Strain gage

สเตรนเกจ (Strain Gage) คือ เซนเซอร์ที่สามารถแปลงค่าความเครียดในวัสดุเป็นค่าความต้านทานไฟฟ้าเหมาะสำหรับการทดสอบคุณสมบัติทางกลของวัสดุ (Mechanical Properties of Material) ใช้สำหรับงานทางด้านวัสดุ โลหะ ทดสอบโลหะ ติดโลหะ ชิ้นส่วนรถยนต์ วิศวกรรมโยธา งานโยธา คอนกรีต ทดสอบคอนกรีต ไม้ ติดไม้ ทดสอบไม้ ยาง ทดสอบยาง ฯลฯ เป็นต้น

ตัวอย่าง Strain gage

        การทำงานของ strain gage ส่วนใหญ่อาศัยการเปลี่ยนแปลงความต้านทานของลวดความต้านทานทางไฟฟ้าที่ทำจากวัสดุพิเศษ เป็นแผ่นบางๆ ขนาดเล็ก นำไปติดบนชิ้นงานที่ต้องการทราบ strain โดยใช้สาร adhesive ที่เหมาะสมกับ gage และผิวของชิ้นงาน ลวดความต้านทานนี้จะต่อเข้ากับเครื่องมือวัดในลักษณะเป็นวงจร bridge (เครื่องมือวัดความต้านทานกระแสไฟฟ้า) เมื่อชิ้นงานรับแรงกระทำ เกิดการยืดหรือหดตัว strain gage ก็จะยืดหรือหดตามไปด้วย ทำให้ความต้านทานของ gage เปลี่ยนไป เครื่องมือวัดจะจับสัญญาณกระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนไปภายในวงจร bridge นำมาเทียบเป็น strain ที่ต้องการ

ตัวอย่างการติดตั้ง Strain gage ตอนที่ 1

 ตัวอย่างการติดตั้ง Strain gage ตอนที่ 2



ตัวอย่างการติดตั้ง Strain gage ตอนที่ 3

ตัวอย่างการติดตั้ง Strain gage ตอนที่ 4

   ส่วนการตรวจสอบ stress อีกวิธีคือการใช้ brittle coating stress analysis หลักการคือ ใช้สารเคมีประเภทหนึ่งซึ่งมีคุณสมบัติพิเศษเคลือบไว้บนชิ้นงาน เมื่อชิ้นงานได้รับ stress สูงสารที่เคลือบก็จะแตกเป็นรอยให้เห็น

ภาพตัวอย่างที่ 1

ภาพตัวอย่างที่ 2

      

การประเมิลอายุ Boiler Tube โดยการพิจารณาตรวจวัดอัตราการกัดกร่อน

          ในการประเมิลหาอายุใช้งานที่เหลือของ Boiler Tube (ท่อไอน้ำ) นอกจากจะวิธีการคำนวณ และตรวจสอบโดย Omega Method ร่วมกับ Replica Test แล้ว การตรวจวัดค่า Wall Thickness หรือค่าความหนาโดยรวมทำให้สามารถทราบถึง Maximum rate ของการเกิด Corrosion ซึ่งการหา Corrosion rate จะได้จากการเปรียบเทียบผลการวัด Wall Thickness สำหรับ Boiler ใหม่ๆ ควรวัดทุกๆ 5,000 ชั่วโมง ในช่วงที่มีโอกาส Shutdown ถ้าพบว่า Corrosion rate ค่อนข้างต่ำ ก็อาจยืดช่วงเวลาในการตรวจวัดออกไปได้ วิธีการตรวจวัด Wall Thickness ของท่อทำได้โดย Ultrasonic thickness measurements (UTM.) การใช้ Micrometer เพื่อวัด Diameter ของท่อเพื่อหา Wall Thickness ที่หน้าสนใจ เมื่อตรวจพบการบวม หรือการโตขึ้นของท่อ เนื่องจากการ Creep ทำให้ค่าผิดพลาดได้

          เมื่อการวัด Wall Thickness กระทำหลังจาก 10,000 ชั่วโมงขึ้นไปจะสามารถประเมิล Pattern ของอัตราการเกิด Corrosion ในบริเวณตำแหน่งที่ทำการวัดได้ เมื่อทราบ Maximum corrosion rate ก็จะสามารถคำนวนหา minimum residual tube lift ได้ (ซึ่งจะกล่าวในโอกาสต่อไป) ถ้าอายุท่อมากกว่าอายุของ Boiler ที่คาดไว้ ก็อาจหยุดหรือยืดระยะเวลาในการวัดออกไป เช่น ทุกๆ 20,000 ชั่วโมงก็ได้ แต่อย่างไรก็ตาม ถ้ามีการเปลียนแปลง Boiler operation เช่น เปลี่ยนชนิดของ fuel, การเพิ่ม Average boiler load ฯลฯ การวัดแบบปกติเป็นประจำ (Routine) จะต้องกลับมาดำเนินใหม่ต่อไป

ที่มา : Central Electricity Generating Board ประเทศอังกฤษ

ภาพตัวอย่างตำแหน่งตรวจสอบ Wall Thickness

การทำ Predictive Maintenance ด้วยการตรวจสอบ Vibration

    จากที่ได้กล่าวมาในบทความตอนที่แล้วเกี่ยวกับ ปัญหาการเกิด vibration ถึงบทความนี้จะขอกล่าวในส่วนของขั้นตอนและวิธีการทำ Predictive Maintenance ด้วยการตรวจสอบ Vibration  ซึ่งการทำ Predictive Maintenance หรือ PDM. สามารถใช้ทำนายหรือพยากรณ์ได้ล่วงหน้าว่าควรจะหยุดการเดินเครื่อง เพื่อทำการซ่อมเมื่อไร และเมื่อหยุดเดินเครื่องแล้วจะซ่อมอะไรบ้าง ต้องเตรียมคน Spare part ตรงส่วนไหนบ้าง เป็นต้น

    อย่างไรก็ตามการทำ PDM. จะสำเร็จได้ก็ต่อเมื่อหน่วยงาน, ผู้ประกอบการ และผู้ควบคุมเครื่องจักร, ฝ่ายซ่อมบำรุงประจำโรงงานนั้นๆ เห็นถึงความสำคัญ และเพื่อให้เห็นถึงลำดับขั้นตอน, เครื่องมือ และวิธีการ จึงขอยกตัวอย่างให้พิจารณากันอย่างคร่าวๆ ดังต่อไปนี้

1.    ขั้นตอนการทำ Predictive Maintenance

1.1         เก็บข้อมูลโดยละเอียด เพื่อเป็น Base line

1.2         เก็บข้อมูลเฉพาะจุดสำคัญเป็นระยะ

1.3         นำข้อมูลมา Plot เพื่อดูแนวโน้มความผิดปกติ

1.4         เปรียบเทียบกราฟที่ Plot ว่าเกิน Limit หรือไม่

1.5         วิเคราะห์เพื่อหาสาเหตุของสิ่งผิดปกติ

1.6     กำหนดช่วงเวลาทำการแก้ไขล่วงหน้า (เตรียมคน,เครื่องมือ,Spare part ต่างๆ ให้พร้อม)

1.7         เข้าทำการแก้ไขเมื่อถึงเวลาที่ได้กำหนดไว้

2.    เครื่องมือที่ต้องใช้ในการทำ Predictive Maintenance

ควรมีเครื่องตรวจวัด Vibrometer ชนิด portable (แบบไหนก็ได้) เพียงตัวเดียวก็เพียงพอแล้ว ซึ่งมื่อทำ PDM. ได้ผลดีแล้วก็สามารถจะหาเครื่องมือที่ทันสมัยขึ้นเพิ่มเติมได้

3.    วิธีการจดบันทึกและ Plot ค่า Vibration เพื่อทำนายหรือพยากรณ์ล่วงหน้าก่อนเกิดการเสียหาย

    อนึ่ง ของเน้นว่า PDM. นั้นมีประโยชน์มาก และไม่ยุ่งยากในการจัดทำ แต่จะสำเร็จได้ก็ต่อเมื่อหน่วยงานผู้ประกอบการ และผู้ควบคุมเครื่องจักร, ฝ่ายซ่อมบำรุงประจำโรงงานนั้นๆ เห็นถึงความสำคัญ และให้ความร่วมมืออย่างเต็มที่

4.    ตัวอย่างงานที่ทำ PDM.

    ในเรื่องตัวอย่างงาน PDM. มีอยู่มากมายทั้งที่ยากและง่าย ทั้งที่ซับซ้อนและธรรมดา ในส่วนที่มักเห็นกันเป็นประจำ คือ การทำ Field balancing ของเครื่องจักร ต่างๆ ตั้งแต่ขนาดเล็กๆ ตัวไม่กี่ KW. (กิโลวัตต์) จนถึง Steam turbine ขนาดหลายร้อย MW (เมกะวัตต์)

    แต่ปัญหาของ Vibration ไม่ได้มีเพียง Unbalance เพียงอย่างเดียวเท่านั้น แต่มีความผิดปกติของเครื่องจักรหลายสิบอย่างที่มีผลให้ค่า Vibration สูง ซึ่งต้องอาศัยผู้ที่มีประสบการณ์ ชำนาญเฉพาะในการคาดการสภาพเครื่องจักรพอสมควร

ปัญหาการเกิด vibration ของชิ้นส่วนเครื่องจักรอุตสาหกรรม

       ผู้อ่านบางท่านอาจจะสงสัยว่า vibration คืออะไร แล้วทำมัยต้องทำการศึกษาพิจารณา และมันมีอะไรที่หน้าสนใจ ซึ่งจริงๆ แล้วคำว่า vibration ภาษาไทยกล่าวว่า เป็นการสั่น หรือการเคลื่อนที่กลับไป กลับมาของวัสดุ ถือเป็นการสูญเสียของพลังงานอย่างหนึ่ง

      Vibration มีสาเหตุจากปัญหาความผิดปกติด้านการสั่นของเครื่องจักร ยกตัวอย่างเช่น ถ้ารถยนต์ของท่านเริ่มมีอาการสั่น และรู้สึกได้ถึงอัตราการสั่นที่เพิ่มขึ้นอย่างผิดปกตินั้นก็หมายความว่ารถยนต์ของท่านเริ่มมีปัญหาเกี่ยวกับชิ้นส่วนมาเยือน ก็เช่นเดียวกันกับ ชิ้นส่วนเครื่องจักรอุตสาหกรรม อย่างโรงไฟฟ้า เช่น fan, pump, motor, และ generator ซึ่งหากเกิดการสั่นผิดปกติและเริ่มเพิ่มมากขึ้น เริ่มแสดงให้เห็นว่าชิ้นส่วนนั้นมีปัญหาเกิดขึ้นแล้ว แต่จะเป็นปัญหาอะไร, เริ่มเกิดขึ้นที่ส่วนไหนนั้น ต้องมีการตรวจวัดและวิเคราะห์หาสาเหตุกันต่อไป

ทำไมต้องทำการตรวจวัดค่า vibration ?

      ถ้าถามว่าทำไมต้องตรวจวัดค่า vibration นั้น ก็คงต้องอธิบายถึงประโยชน์ของการวัดและการแก้ปัญหา vibration ซึ่งหากมีการจัดทำ predictive maintenance (PDM) โดยสมบูรณ์แล้ว จะได้รับประโยชน์ดังนี้

"หมายเหตุ : Predictive Maintenance (PDM) คือ การเก็บข้อมูลจากการตรวจวัดค่าของ vibration มาเปรียบเทียบตามระยะเวลาที่เปลี่ยนไปทำให้เห็นถึงเส้นกราฟแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงของการเกิด vibration"

1.   ลดอัตราการหยุดเดินเครื่องโดยกระทันหัน

    ซึ่งจะมีรายละเอียดในเรื่องของการทำ predictive maintenance (PDM) ซึ่งจะสามารถทำให้ทราบถึงสภาพของเครื่องจักร และเห็นปัญหาที่เกิดขึ้นก่อนจะถึงจุดวิกฤต ที่จะส่งผลให้เครื่องจักรเกิดความเสียหาย, โดยสามารถทำนายได้ว่าเมื่อไรควรจะวางแผนดำเนินการบำรุงรักษาในระยะเวลาที่เหมาะสมมากที่สุด ทำให้สามารถลดอัตราการหยุดเดินเครื่องโดยกระทันหันได้

2.   ประหยัดระยะเวลาในการหยุดซ่อมบำรุง

    ในการวิเคราะห์ทาง vibration จะสามารถบอกได้ว่ามีอะไรที่ผิดปกติบ้างกับเครื่องจักรนั้นๆ และเมื่อถึงกำหนดหยุดเดินเครื่องเพื่อซ่อมบำรุง ก็ไม่ได้มาคาดเดาให้เสียเวลาว่าจะซ่อมตรงส่วนไหน เพราะรู้อยู่ก่อนหน้าแล้วว่าส่วนไหนที่ต้องซ่อมหรือแก้ไข ฉะนั้น เมื่อหยุดเดินเครื่อง spare part และบุคลากรด้านต่างๆ ก็จะถูกเตรียมไว้ก่อนแล้ว ทำใหสามารถซ่อมบำรุงเครื่องจักรและเริ่มเดินเครื่องใช้งานได้อย่างรวดเร็ว

3.   ยืดอายุการใช้งานของเครื่องจักร

หากทำการแก้ไขจนค่า vibration มีค่าต่ำแล้ว load ที่กระทำต่อ part ต่างๆ ของเครื่องจักรก็จะต่ำด้วย ทำให้ยืดอายุการใช้งานของชิ้นส่วนต่างๆ และเครื่องจักรได้

4.   ป้องกันการเสียหายอย่างรุนแรง

     ด้วยการทำ PDM. นั้น จะทำให้สามารถตรวจจับปัญหาของเครื่องจักรได้ล่วงหน้า มำให้สามารถหยุดเดินเครื่องก่อนที่มันจะเสียหายอย่างรุนแรงได้ ทำให้ประหยัดค่าใช้จ่ายทั้งด้านการตรวจสอบ, ซ่อมบำรุง, เปลี่ยนอะไหล่ทดแทน และการบาดเจ็บแก่ผู้ปฏิบัติงาน รวมทั้งลดความเสียหายกับ plant ซึ่งมีมูลค่าอันมหาศาล

5.   ลดค่าใช้จ่ายด้านพลังงาน

    เครื่องจักรที่มีปัญหานั้นจะใช้พลังงานมากกว่าเครื่องจักรที่ทำงานปกติ (ถ้าไม่เชื่อลองเข็นรถที่ยางแบนทั้ง 4 ล้อดู) อย่าง motor หรือ pump ที่ unbalance หรือ misalignment จะสูญเสียพลังงานมากกว่า motor หรือ pump ที่ balance หรือ alignment ดีแล้ว ในการใช้ vibration technique นั้น จะสามารถลดปัญหาต่างๆ ของเครื่องจักรลงได้ และทำให้สามารถประหยัดพลังงานได้อีกด้วย

6.   ลดเสียงรบกวนให้น้อยลง

    โดยปกติเครื่องจักรที่สั่นมากจะมีเสียงดังกว่าเครื่องจักรที่สั่นน้อยกว่า ซึ่งหากเสียงที่เกิดขึ้นมีความดังมากๆ จะส่งผลต่อระบบการสื่อสารและการได้ยินของผู้ปฏิบัติงานได้

เพิ่มเติม

    ถ้าสภาพของเครื่องจักรนั้น ปกติค่า vibration จะคงที่ แต่ถ้าค่า vibration เพิ่มขึ้น นั้นหมายถึงว่ากำลังมีสิ่งผิดปกติเริ่มเกิดขึ้นกับเครื่องจักรแล้ว โดยที่สิ่งผิดปกติหลายสิบอย่างจะแสดงออกมาทาง vibration ที่มีค่าสูงขึ้น ซึ่งสามารถตรวจวัดหาสาเหตุได้

“ในฉบับต่อไปจะนำเสนอเกี่ยวกับการทำ Predictive Maintenance ด้วยการทดสอบ Vibration รวมไปถึงตัวอย่างลำดับขั้นตอนและเครื่องมือการตรวจสอบ โปรดติดตามตอนต่อไปนะครับ ขอบคุณครับ”

การเปรียบเทียบเกรดมาตรฐานทางโลหะ

      เนื่องจากในอุตสาหกรรมการผลิตและแปรรูปโลหะมีความหลากหลายในหลายแง่มุม เช่น เกรดคุณภาพของวัสดุ แหล่งวัตถุดิบ และผู้ผลิต (ซึ่งมักจะแสดงออกมาในรูปของชื่อเฉพาะหรือทางการค้า๗ ทำให้มีความจำเป็นต้องมีการกำหนดมาตรฐานสากลที่เป็นที่ยอมรับและสามารถใช้งานได้ทั่วโลก

      โดยทั่วไป โลหะที่ใช้ในสายการผลิตในประเทศไทยมักจะอ้างอิงตามมาตรฐานที่สำคัญจากเพียงไม่กี่ประเทศ ได้แก่ มาตรฐานของสหรัฐอเมริกา เยอรมนี และญี่ปุ่น เป็นต้น (ในบางกรณีอาจใช้มาตรฐานจากประเทศอังกฤษด้วยเช่นกัน) เนื่องจากประเทศที่ได้กล่าวมานี้เป็นประเทศมหาอำนาจในอุตสาหกรรมการผลิตทางเครื่องจักรและโลหะกรรม ซึ่งมีเทคโนโลยีการผลิตที่ทันสมัยและคุณภาพเป็นที่ยอมรับ แต่เหตุผลสำคัญก็คือ อุตสาหกรรมการผลิตในไทยส่วนใหญ่เป็นกิจกรรมจากการร่วมลงทุนระหว่างประเทศไทยกับญี่ปุ่นหรือสหรัฐอเมริกา หรือบางอุตสาหกรรมอาจใช้เทคโนโลยีการผลิตและเครื่องจักรกลจากประเทศในกลุ่มยุโรป เช่น อังกฤษ, เยอรมนี ดังนั้น จึงต้องอิงมาตรฐานอุตสาหกรรมของประเทศเหล่านั้น

      ส่วนในบางประเทศที่มีระบบอุตสาหกรรมการผลิตเครื่องจักรและโลหกรรมที่ใหญ่ไม่แพ้กัน เช่น ชาติจากยุโรปตะวันออกอย่าง รัสเซีย โรมาเนีย หรือยุโรปตะวันตกอย่าง สวีเดนและฝรั่งเศส เป็นต้น แม้ว่าจะมีมาตรฐานทางอุตสาหกรรมที่มีการยอมรับในหลายประเทศ แต่ก็ไม่เป็นที่แพร่หลายในประเทศไทย

     เนื่องจากเทคโนโลยีในการผลิตและเครื่องจักรกลมีความหลากหลาย ผู้ประกอบการในอุตสาหกรรมในประเทศไทยจำเป็นต้องทราบข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับการเลือกใช้โลหะชนิดต่างๆ ในกรณีที่จำเป็นต้องตรวจสอบเข้ามาระหว่างมาตรฐานของประเทศต่างๆ ผู้ประกอบการและวิศวกรต้องเข้าใจข้อมูลทางเทคนิค และสามารถทำการตรวจสอบความถูกต้อง รวมทั้งทราบความแตกต่างเกี่ยวกับคุณภาพของวัตถุดิบจากแต่ละประเทศ เพื่อประโยชน์ในการเลือกใช้โลหะเหล่านั้นได้อย่างมีประสิทธิผล

     ดังนั้น บทความต่อไปจะกล่าวถึงการตรวจสอบชนิดของโลหะข้ามระหว่างมาตรฐาน ซึ่งคาดว่าจะช่วยให้ผู้อ่านสามารถเลือกใช้โลหะได้เข้าใจและเหมาะสมตามความต้องการ ปัจจัยหลัก 2 ประการในการเปรียบเทียบชนิดของวัสดุ ได้แก่ คุณภาพและราคา ซึ่งทำให้เกิดปัญหาพื้นฐานที่พบได้เสมอๆ เช่น เหตุใดวัตถุดิบที่มีมาตรฐานเปรียบเทียบตงกันจากประเทศหนึ่ง สามารถจำหน่ายได้ในราคาสูง และมีสมบัติดีกว่าวัตถุดิบเกรดเดียวกันที่ผลิตจากอีกประเทศหนึ่งละ ? หรือทำไมชิ้นส่วนบ้างชิ้นของเครื่องจักรจากประเทศหนึ่งจึงต้องกำหนดมาตรฐานของโลหะที่เลือกไว้สูง ทั้งที่ในการนำไปใช้งานจริง ผู้ใช้สามารถปรับลดข้อกำหนดลงได้ ซึ่งจะช่วยลดต้อนทุนการผลิตลงได้อย่างมาก ? เป็นต้น

     การเลือกใช้วัตถุดิบตามมาตรฐานทางโลหะของประเทศต่างๆ ที่ควรทราบนั้นจะระบุการอ่านมาตรฐานออกเป็น 2 ลักษณะ ได้แก่ กลุ่มมาตรฐานที่ระบุโดยจำแนกส่วนผสมทางเคมีและสมบัติบางประการเพื่อการนำไปใช้งาน และกลุ่มมาตรฐานที่ระบุโดยรูปแบบการนำไปใช้ในขบวนการขึ้นรูปหรือสภาวะบางประการ

การจำแนกแบบที่ 1 คือ แบ่งกลุ่มวัสดุตามส่วนผสมทางเคมีเป็นหลัก ได้แก่

-         มาตรฐานจากสหรัฐอเมริกา กำหนดด้วยอักษรย่อ UNS (Unified Numbering System Standard) หรือ ANSI (American National Standard Institute) หรือ AISI (American Iron and Steel Institute) หรือ SAE (Society of Automotive Engineers) นำหน้าตัวเลขทั้งหมด ซึ่งจะระบุกลุ่มของโลหะผสมหรือปริมาณธาตุผสมเป็นหลัก

-         มาตรฐานจากประเทศญี่ปุ่น กำหนดด้วยอักษรย่อ SKD (เหล็กกล้าเครื่องมือ) หรือ SUS (เหล็กกล้าไร้สนิม) หรือ SC (เหล็กกล้าคาร์บอนผสมโครเมียม) นำหน้า เป็นต้น

-         มาตรฐานจากประเทศเยอรมนี กำหนดอักษรย่อตามส่วนผสมทางเคมี เช่น CrMo หมายถึง มีโครเมียมและโมลิบดีนัมผสม หรือมีอักษร X นำหน้า หมายถึงโลหะในกลุ่มที่ไม่เกิดสนิม เป็นต้น

การจำแนกแบบที่ 2 คือ แบ่งกลุ่มตามรูปแบบการนำไปใช้ หรือกระบวนการขึ้นรูปที่เหมาะสมเป็นหลัก ได้แก่

-         มาตรฐานจากสหรัฐอเมริกา กำหนดด้วยอักษรย่อ ASTM (American Society for Testing and Materials) นำหน้า ซึ่งครอบคลุมทั้งมาตรฐานการนำไปใช้และการทดสอบในมาตรฐาน ASTM หนึ่งกลุ่ม สามารถระบุชนิดโลหะที่เหมาะสมได้ตรงตามสัญลักษณ์ SAE หรือ AISI ได้ต่อไป

-         มาตรฐานจากญี่ปุ่น กำหนดด้วยอักษรย่อ JIS (Japanese Industrial Standards) นำหน้าโดยในกลุ่มของ JIS จะจำแนกชนิดโลหะตามส่วนผสมทางเคมีเป็นหลัก ซึ่งสอดคล้องกับสัญลักษณ์ SKD หรือ SCM ที่เหมาะสมต่อไป

-         มาตรฐานของเยอรมนี กำหนดด้วยอักษร DIN นำหน้า จะต่างจากมาตรฐานของอเมริกาและญี่ปุ่น คือหมายเลข DIN (Deutsche Industrie Normen หรือ German Industrial Standards) จะกำหนดชนิดโลหะที่มีการใช้งานและส่วนผสมทางเคมีโดยเฉพาะเพียงชนิดเดียว เทียบเท่าการกำหนดชนิดโลหะ ต่างกันเพียงที่หมายเลขที่ตามหลังตัวอักษร DIN มักจะไม่สื่อถึงลักษณะใดของโลหะชนิดนั้นเลย ซึ่งในการใช้งานโลหะมาตรฐานจากเยอรมนี จำเป็นต้องมีตำราของเยอรมันเพื่อตรวจสอบประกอบ โดยเฉพาะกลุ่มเหล็กกล้าพิเศษ (Special steels)

-         มาตรฐานจากอังกฤษ กำหนดด้วยอักษร BS (British Standards)

      ประเทศที่สามารถกำหนดสัญลักษณ์เพื่อระบุมาตรฐานทางโลหะชนิดต่างๆ ล้วนเป็นประเทศที่มีอุตสาหกรรมผลิตโลหะกึ่งสำเร็จรูปขนาดใหญ่ (ได้แก่ Semi-finished products, rod steels หรือ steel making) ซึ่งต่างจากอุตสาหกรรมผลิตวัตถุดิบในประเทศไทย ที่ส่วนใหญ่เป็นการหลอมจากเตาขนาดกลางและเล็ก การปรับปรุงส่วนผสมทางเคมี และการควบคุมคุณภาพจากเตาหลอมขนาดใหญ่และผลิตภัณฑ์ที่มีปริมาณมาก สามารถทำได้อย่างสม่ำเสมอมากกว่า

      การที่แต่ละประเทศในโลกสามารถผลิตวัตถุดิบด้วยโลหะที่มีส่วนผสมทางเคมี สมบัติ และ วัตถุประสงค์ในการใช้งานใกล้เคียงกัน ทำให้ตลาดวัตถุดิบของอุตสาหกรรมโลหะ ประกอบด้วยโลหะที่ผลิตจากแหล่งผลิตที่หลากหลาย ในที่นี้จะขอแนะนำประเทศที่มีอุตสาหรรมผลิตวัตถุดิบทางโลหกรรมหรืออุตสาหกรรมการผลิตเหล็กกล้า (steel-making industry) ที่จักว่าใหญ่ในแต่ละส่วนของโลก เพื่อให้ทราบว่ามีเหล็กกล้ากึ่งสำเร็จรูป (semi-finished product) จำหน่ายอยู่ในประเทศไทย ในราคาที่แตกต่างกันไป

-         แถบทวีปเอเชีย ได้แก่ วัตถุดิบจากประเทศญี่ปุ่น จีน และเกาหลีใต้ เป็นต้น

-         แถบทวีปยุโรปตะวันออก ได้แก่ วัตถุดิบจากประเทศรัสเซียและโรมาเนีย เป็นต้น

-         แถบทวีปยุโรปตะวันตก ได้แก่ วัตถุดิบจากประเทศเยอรมนีและอังกฤษ เป็นต้น

-         แถบทวีปอเมริกา ได้แก่ วัตถุดิบจากประเทศสหรัฐอเมริกาเป็นหลัก

     ส่วนประเทศไทยนั้น มีผู้ประกอบการจำนวนไม่น้อย (ระดับกลางและย่อม) ได้ทำการกำหนด “มาตรฐานเหล็กกล้าของไทย” ซึ่งเป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายพอสมควร “มาตรฐาน” ดังกล่าวนี้ กำหนดขึ้นจากรูปแบบการใช้งานและผลิตภัณฑ์เป็นหลัก โดยใช้สีเป็นสัญลักษณ์ ได้แก่ เหล็กหัวแดง เหล็กหัวฟ้า หรือเหล็กเพลาขาว เป็นต้น ซึ่งส่วนผสมทางเคมีในแต่ละกลุ่ม มิได้กำหนดไว้อย่างแน่นอน แต่สามารถระบุกลุ่มที่ใกล้เคียงกันได้ และสามารถอ้างอิงได้ใกล้เคียงมาตรฐานเหล็กกล้าของอเมริกาหรือญี่ปุ่นบางเกรดได้เช่นกัน

     ประเด็นสำคัญที่พึงระลึกไว้เสมอก็คือ ตารางแสดงการเปรียบเทียบโลหะระหว่างมาตรฐานหนึ่งไปสู่อีกมาตรฐานหนึ่ง เป็นเพียงการอ้างอิงถึงบางกลุ่ม บางเกรด และบางชนิดของโลหะ ที่ใกล้เคียงกันพอสมควรเท่านั้น ผู้ที่จำเป็นต้องใช้งานสามารถสืบค้นตารางเปรียบเทียบได้จากหนังสืออ้างอิงมาตรฐานต่างๆ เช่น มาตรฐานอุตสาหกรรมของญี่ปุ่น (JIS) เช่น เล่มที่เกี่ยวกับ Ferrous Metallurgy หนังสือรวมมาตรฐานการเปรียบเทียบระหว่างเกรดเหล็กกล้า และตัวแทนจำหน่ายเหล็กและเหล็กกล้าของประเทศเยอรมนี (STAHLSCHLÜSSLE) ซึ่งจะเรียบเรียงไว้ค่อนข้างละเอียด และสามารถค้นคว้าได้ง่าย

     สำหรับตารางเปรียบเทียบค่าความแข็งและความต้านทานแรงดึงของเหล็ก เป็นตารางที่ช่วยในการทำนายสมบัติทางด้านความต้านทานแรงดึงของโลหะได้ด้วยการทดสอบความแข็ง หรือเปรียบเทียบค่าความแข็งจากหน่วยหนึ่งไปอีกหน่วยหนึ่งได้ เนื่องจากข้อกำหนดในการทดสอบความแข็งขอบแต่ละแห่ง เช่น ผู้ผลิตรายหนึ่งต้องการตรวจสอบความแข็งของโลหะที่มีค่ามาตรฐานเป็น HRA (Hardness Rockwell Scale A) แต่ในทางปฏิบัติ เครื่องทดสอบความแข็งที่มี สามารถบอกหน่วยเป็น BHN (Brinell Hardness Number) ได้เพียงอย่างเดียว รวมถึงชิ้นส่วนขนาดเล็กที่ไม่สามารถทดสอบแรงดึงได้ แต่จำเป็นต้องทราบเพื่ออ้างอิงไปสู่ชิ้นส่วนขนาดใหญ่ ก็สามารถทดสอบเฉพาะความแข็งและเทียบไปสู่ค่าความต้านทานแรงดึงโดยระบุในตารางดังกล่าวได้ ส่วนค่าที่อยู่ระหว่างจำนวนที่ระบุไว้แต่ไม่ปรากฏในตาราง ก็สามารถหาได้ด้วยการใช้บัญบัติไตรยางค์

      การเลือกหน่วยความแข็งเฉพาะสำหรับโลหะบางชนิดก็มีส่วนสำคัญในการทดสอบ เนื่องจากหน่วยทดสอบความแข็งแต่ละหน่วยจะมีช่วงความแข็งของโลหะที่เหมาะสมต่างกัน เช่น HRC (Hardness Rockwell Scale C) จะมีค่าความแข็งในช่วงที่สูงมาก ในขณะที่ HRB (Hardness Rockwell Scale B) จะมีช่วงความแข็งที่ต่ำ ทำให้การเปรียบเทียบค่าความแข็ง HRC ในช่วงสูง ไม่สามารถเปรียบเทียบเป็น HRB ได้ เป็นต้น ซึ่งในตารางได้ระบุช่วงของค่าความแข็งที่เหมาะสมไว้แล้ว จึงหมายความว่า ค่าที่ไม่แสดงในตารางของหน่วยความแข็งหนึ่ง จัดเป็นค่าที่ไม่สามารถยอมรับได้ในการตรวจสอบนั่นเอง

     สาเหตุที่ตารางเปรียบเทียบค่าความแข็งและความต้านทานแรงดึงถูกกำหนดให้ใช้ได้เฉพาะกับเหล็กกล้าเท่านั้น เนื่องมาจากความสม่ำเสมอในโครงสร้างจุลภาค หากท่านผู้อ่านมีความคุ้นเคยในเรื่องโครงสร้างจุลภาคของโลหะ จะสังเกตพบว่า ถ้าเหล็กไม่ได้ผ่านขบวนการชุบผิวแข็ง (Surface hardening treatment) โครงสร้างจุลภาคของเหล็กกล้ามักจะมีความสม่ำเสมอ ทั้งในรูปของการเป็นเมทริกซ์ (matrix) ชนิดเดียว หรือมีเมทริกซ์ชนิดผสม เช่น เพอริโต-เฟอริติก (pearito-ferritic) เป็นต้น ซึ่งทำให้การทดสอบสมบัติ ณ ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง โดยการสุ่ม ตัวเลขที่ได้จะสามารถยอมรับถึงค่าตัวแทนของสมบัติโลหะได้ แต่ในทางกลับกัน โลหะผสมนอกกลุ่มเหล็กส่วนใหญ่หรือแม้แต่เหล็กหล่อ ซึ่งไม่สามารถใช้ตารางอ้างอิงดังกล่าวได้ มักจะปรากฏโครงสร้างจุลภาคที่ประกอบด้วยเมทริกซ์และเฟสต่างๆ เสมอ โดยการปรากฏเฟสขนาดเล็กในโครงสร้างจุลภาคก่อให้เกิดความไม่สม่ำเสมอ ทำให้การทดสอบไม่สามารถอ้างอิงค่าตัวเลขที่แท้จริงดังกล่าวได้

ข้อมูลอ้างอิง : วิศวกรรมย้อนรอย (ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ)
วิสัยทัศน์ : คุณธนาภรณ์ โกราษฎร์ 

วิเคราะห์ สาเหตุน้ำท่วม

     จากสถานการณ์น้ำท่วม ในหลายจังหวัด เเละมีผลกระทบเป็นวงกว้าง สาเหตุที่ทุกคนอาจไม่คาดถึง หรือไม่คิดว่าจะมีความเกี่ยวข้องกันกับสาเหตุน้ำท่วม

     จากการวิเคราะห์สาเหตุหนึ่ง ซึ่งอาจเป็นสาเหตุที่ทำให้ปีนี้มีน้ำท่วมขยายเป็นวงกว้าง ดังนี้ครับ เเม่น้ำเจ้าพระยาประกอบด้วยเเม่น้ำสายหลัก 4 สาย คือ ปิง วัง ยม น่าน ซึ่่งใครๆก็ทราบกัน     เเต่ท่านทราบหรือไม่ว่า ร้อยละ 45 ของเเม่น้ำเจ้าพระยานั้น มาจากแม่น้ำน่าน  ลองสังเกตดีๆนะครับ ถ้าปีใดที่จังหวัดน่าน ฝนตกหนัก หรือ น้ำท่วม ซึ่งเขื่อนกั้นเเม่น้ำน่านนั้นคือ เขื่อนสิริกิติ์ และเมื่อเขื่ีอนรองรับน้ำจนเต็มปริมาณการบรรจุ เขื่อนก็ต้องระบายน้ำ เพื่อป้องกันเขื่อนแตก 
     น้ำฝนที่ตกจากจังหวัดน่านทั้งหมดจะถูกปล่อยมาจังหวัดหลังเขื่อนทั้งหมด จึงทำให้พื้นที่จังหวัดภาค

กลางเริ่มทยอยท่วม 
     ซึ่งหากฝนที่จังหวัดน่านไม่หยุดตก ก็จะส่งผลให้น้ำท่วมยังดำเนินต่อไปครับ วิธีแก้ไขปัญหาของน้ำท่วมระยะยาว และยั่งยืนนั้น ต้องปลูกป่าที่ป่าต้นน้ำของจังหวัดน่านทั้งหมด ฟื้นฟูป่าไม้ที่โดนตัด ถึงจะทำให้ปริมาณน้ำฝนที่ตก มีต้นไม้ดูดซับไว้
     ด้วยพระปรีชาญาณ ขององค์ในหลวง ที่ได้ดำเนินโครงการปิดทองหลังพระขึ้นเพื่อ แก้ไขปัญหาดังกล่าว ซึ่งหากไม่มีโครงการดังกล่าวน้ำอาจท่วมมากกว่านี้ หรือส่งผลกระทบเป็นวงกว้างมากกว่านี้ครับ

     กล่าวโดยสรุป สาเหตุก็คือ ป่าไม้ ต้นเเม่น้ำน่าน โดนตัดทำลาย จึงทำให้ปริมาณน้ำฝนที่ตกไม่มีต้นไม้ดูดซับน้ำ ส่งผลให้น้ำแม่น้ำเจ้าพระยามีปริมาณเพิ่มสูงขึ้น  จึงทำให้น้ำท่วมปีนี้หนัก เเละขยายเป็นวงกว้าง

ซึ่งที่กล่าวไป อาจเป็นหนึ่งในสาเหตุที่ทำให้น้ำท่วม ซึ่งปัจจัยยังมีหลายปัจจัยซึ่งต้องนำข้อมูลหลายๆส่วนมาประกอบกันอีกทีครับ

ที่มาของเเหล่งข้อมูลอ้างอิง สถาบันและส่งเสริม และพัฒนากิจกรรมปิดทองหลังพระสืบสานแนวพระราชดำริ

ส่วนสาเหตุที่สอง เนื่องจากปีนี้ พายุเข้าเป็นจำนวนมาก เเละเข้ามาเร็วกว่าปรกติ อาทิ พายุนกเต้น พายุนาเเก เป็นต้น  ทำให้เขื่อนต่างๆ มีปริมาณน้ำที่มาก และระบายน้ำไม่ทัน   ทำให้ฝนในช่วงปลายฝนต้นหนาว น้ำฝนทั้งหมด เขื่อนจึงไม่สามารถกั้นไว้ได้ จึงต้องปล่อยลงมายังพื้นที่หลังเขื่อนทั้งหมด ดังจะเห็นได้ดังข่าวว่า เขื่อนต่างๆเก็บกักน้ำจนถึงขั้นวิกฤติครับ

ส่วนสาเหตุที่สาม เนื่องจากเเต่ละจังหวัดได้ทำการกั้นน้ำ ทำให้เปรียบเสมือนการสร้างเขื่อนขึ้นย่อยๆ สะสมปริมาณน้ำไว้เป็นจำนวนมาก จนพนังกั้นน้ำเเตก และทย่อยท่วมในเเต่ละจังหวัดในภาคกลางครับ

หวังว่าข้อมูลนี้อาจจะช่วยนำไปประกอบการเเก้ไขอุทกภัยในครั้งต่อๆไปได้นะครับ 

เครดิตยกให้ :  Piyapongpom's blog

แง่มุมทางด้านโลหะวิทยาสำหรับวิศวกรรมย้อนรอย

“เอาตัวอย่างชิ้นส่วนมาให้เราสิ เราจะก๊อปปี้ให้เหมือนเปี๊ยบ ให้เหมือนกับมีเครื่องถ่ายสำเนา 3 มิติ ที่ใช้งานได้ตามสะดวก”

    สมมุติว่า นี้คือตัวอย่างข้อความโฆษณาจากเว็บไซต์ของบริษัทที่มีความเชี่ยวชาญเฉพาะทางในการทำวิศวกรรมย้อนรอย (Reverse engineering)

    คำกล่าวเหล่านี้ทำให้ดูเหมือนกับว่าวิศวกรรมย้อนรอยนั้นช่างง่ายดายเหลือเกิน แต่มันง่ายอย่างนั้นจริงๆ หรือ ? การวิเคราะห์รูปร่างและขนาดของชิ้นส่วนเป็นขบวนการที่ค่อนข้างง่าย แต่ สำหรับ “โครงสร้าง” และ “สมบัติ” ของชิ้นส่วนนั้นละ ?

    ถ้าหากวิศวกรรมย้อนรอย เป็นเพียงแค่การนำเอาชิ้นส่วนที่มีอยู่เดิมมาทำการลอกเลียนแบบลักษณะพื้นผิวทางเรขาคณิตในระดับมหาภาค แล้วนำไปเก็บเป็นข้อมูล 3 มิติในไฟล์แล้วละก็ ขบวนการนี้ก็เป็นเรื่องที่ค่อนข้างตรงไปตรงมาในปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม ถ้าต้องการให้ชิ้นส่วนต่างๆ ทำหน้าที่ได้อย่างปลอดภัยและตรงตามวัตถุประสงค์เดิม ตามเงื่อนไขและข้อบังคับต่างๆ ในการใช้งานแล้วละก็จำเป็นอย่างยิ่งที่ชิ้นส่วนนั้นจะต้องมีโครงสร้างจุลภาคและสมบัติถูกต้อง ในบทความต่อไปนี้จะกล่าวถึงแง่มุมทางโลหะวิทยากับการพิจารณาทำวิศวกรรมย้อนรอยของชิ้นส่วนโลหะ

    และแน่นอนบทความเพียงบทความเดียวนี้ย่อมไม่สามารถครอบคลุมวัสดุวิศวกรรมทั้งหมดที่สามารถใช้ในการผลิตชิ้นส่วนต่างๆ ได้ บทความนี้จึงมุ่งเน้นไปที่เฉพาะลักษณะทางโลหะวิทยาที่จะเป็นต้องพิจารณาในการผลิตชิ้นส่วนโลหะ นอกจากนี้จะกล่าวถึงอุปสรรคบางประการในการระบุกรรมวิธีการผลิตที่เหมาะสม และประเด็นปัญหาในการผลิตเพื่อให้ได้โครงสร้างที่ยอมรับได้ รวมทั้งปัญหาที่จะเกิดขึ้นถ้าหากชิ้นส่วนที่ผลิตด้วยวิธีวิศวกรรมย้อนรอยไม่ได้รับการผลิตในทางโลหะวิทยาอย่างถูกต้อง

แง่มุมทางด้านโลหะวิทยาสำหรับวิศวกรรมย้อนรอยมีอะไรบ้าง ?

      สมบัติของวัสดุใดๆ ก็ตาม จะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างของวัสดุนั้น ทั้งส่วนผสมหลักและสารมลทิน และลักษณะเชิงโครงสร้าง จะได้รับอิทธิพลอย่างมากจากเงื่อนไขทางความร้อนและทางกล ในขบวนการผลิตชิ้นส่วนตั้งแต่ขั้นแรกจนถึงขั้นสุดท้าย ในเบื้องต้นสามารถแจกแจงลักษณะเชิงโครงสร้างที่สำคัญสำหรับวัสดุประเภทต่างๆ ได้แก่ โลหะ, เซรามิกส์, พอลิเมอร์, และคอมพอสิต ดังต่อไปนี้

สำหรับ “โลหะ” ลักษณะที่สำคัญได้แก่

-         ขนาดและรูปร่างของเกรน

-         ชนิด การกระจายตัว และปริมาณข้อบกพร่องแบบต่างๆ ของผลึก ได้แก่ ช่องว่าง (vacancy) ดิสโลเคชัน (dislocation) และการจัดเรียงระนาบผิดพลาด (stacking fault) เป็นต้น

-         ลักษณะการเรียงตัวของเกรนในระนาบหรือทิศทางใดทิศทางหนึ่ง (preferred orientation) หรือที่เรียกว่า เทกซ์เจอร์ (texture)

-         ชนิด ปริมาณ และสัณฐาน (เช่น ขนาด รูปร่าง การกระจาย และลักษณะของผิวสัมผัสกับเนื้อหลัก) ของเฟสที่สอง

-         อินคลูชัน (inclusion) ที่ไม่ใช่โลหะที่มีอยู่ในโครงสร้างจุลภาค

-         โครงสร้างจุลภาคของพื้นผิว กรรมวิธีปฏิบัติต่อพื้นผิว และ การเคลือบผิว เป็นตัน

สำหรับ “เซรามิกส์” ลักษณะที่สำคัญได้แก่

-         ขนาดของเกรน

-         ขนาดและรูปร่างของรูพรุนและข้อบกพร่องในโครงสร้างจุลภาค

-         ปริมาณและการกระจายของข้อบกพร่อง

-         พันธะที่เกิดจากขบวนการซินเทอร์ และเนื้อแก้วที่มีอยู่ เป็นต้น

-         การเกิดโครงสร้างจุลภาคที่มีหลายแห่ง

สำหรับ “พอลิเมอร์” ลักษณะที่สำคัญได้แก่

-         กลไกการเกิดพอลิเมอร์ และดีกรีของการเกิดพอลิเมอร์

-         โครงสร้างแบบเชิงเส้นหรือโครงข่าย และการจัดเรียงตัวของสายโซ่

-         การครอสลิงค์ การเกิดความแข็งตึงของสาบโซ่ และความเป็นผลึก

-         การเกิดโคพอลิเมอร์

-         สารช่วยการไหล (plasticizer) สารเสริม (filler) หรือตัวเติมอื่นๆ ที่มีอยู่

สำหรับ “คอมพอสิต” ลักษณะที่สำคัญได้แก่

-         ลักษณะของเมทริกซ์

-         ลักษณะการกระจายของอุนภาคหรือเส้นใยในเมทริกซ์

-         ปริมาณสัมพัทธ์ของตัวเสริมแรงและเมทริกซ์

-         การจัดเรียงตัวของเส้นใย

-         ขนาดและรูปร่างของตัวเสริมแรง

สำหรับวัสดุที่กล่าวถึงมาทั้งหมดนี้ การออกแบบจะมีผลต่อโครงสร้างและสมบัติขั้นสุดท้ายของชิ้นส่วนวิศวกรรม ตัวอย่างของปัจจัยที่มีผลต่อสมบัติของชิ้นส่วน เช่น

-         ขนาด รูปร่าง ความซับซ้อน และการเปลี่ยนแปลงความหนาของชิ้นส่วน

-         รอยบากที่มีอยู่บนผิวชิ้นส่วน

-         ผิวสำเร็จ

    สมบัติของชิ้นส่วนวิศวกรรมใดๆ จะกำหนดโดยอันตรกิริยาระหว่างสมบัติของวัสดุ การออกแบบชิ้นส่วน และกรรมวิธีการผลิตชิ้นส่วนนั้น

    สำหรับแง่มุมที่สำคัญของโลหะวิศวกรรมที่ใช้ในอุตสาหกรรมลักษณะเชิงโครงสร้าง สามารถแสดงตัวอย่างให้เห็นได้จากภาพจำลองตัวอย่างหมุดยึดที่ทำจากเหล็ก รวมทั้งพันธะโลหะที่ยึดอะตอมของเหล็กล้วนแล้วแต่มีส่วนกำหนดสมบัติทางกายภาพ สมบัติเชิงกล และสมบัติเชิงเคมี ดังภาพ

สมบัติต่างๆ ทั้งหมดนี้ จะเป็นปัจจัยที่กำหนดความสามารถของหมุดยึด คือ

-         ทนต่อความเค้นในระหว่างการใช้งาน

-         ทนต่อสภาพแวดล้อมในระหว่างการใช้งาน

โครงสร้างจุลภาคและการควบคุมโครงสร้างจุลภาค

      ลักษณะทางโครงสร้างจุลภาคของโลหะจะถูกกำหนดโดย

-         ส่วนผสมทางเคมี

-         ลักษณะของวัตถุดิบที่ใช้ในการผลิต

-         ขบวนการผลิตขั้นต้น เช่น การหล่อ หรือการรีด

-         ขบวนการทางความร้อนและทางกลที่ใช้ในการผลิต จนกระทั่งถึงขบวนการขั้นสุดท้าย

      การตรวจสอบและวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาค สามารถใช้ในการสืบหาข้อมูลเกี่ยวกับกรรมวิธีการผลิต และตรวจสอบคุณภาพของชิ้นส่วนและผลิตภัณฑ์ โดยการตรวจสอบและวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคนับเป็นขึ้นตอนที่ขาดไม่ได้ในการควบคุมขบวนการทางโลหะวิทยา การวิเคราะห์ความเสียหาย และในการวิจัยเพื่อศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้าง-กรรมวิธีการผลิต-สมบัติของวัสดุ ดังนั้นการตรวจสอบและวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคจึงเป็นขึ้นตอนสำคัญที่ขาดไม่ได้ในการทำวิศวกรรมย้อนรอย และสามารถตรวจสอบ, วิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคได้โดยใช้เทคนิค “replica test” ซึ่งหน่วยงานผมเองก็ทำมานับเป็นเวลา 6 ปีแล้วครับ

ปัญหาด้านโลหะวิทยาที่ต้องทำความเข้าใจสำหรับการทำวิศวกรรมย้อนรอย

      ถ้าหากสามารถระบุเงื่อนไขทางโลหะวิทยาได้ ก็จะสามารถสรุปกรรมวิธีการผลิตที่จะใช้ในการผลิตชิ้นส่วนหนึ่งๆ ได้เช่นกัน เพราะฉะนั้น คำถามต่อไปนี้จะเป็นคำถามที่มักพบบ่อย ซึ่งจำเป็นต้องทำความเข้าใจและสามารถตอบได้ (โดยการหาลักษณะเฉพาะทางของโลหะวิทยาและโครงสร้างจุลภาค) เนื่องจากเป็นส่วนหนึ่งของขบวนการทำวิศวกรรมย้อนรอย ซึ่งมีรายละเอียดดังต่อไปนี้

-         โลหะผสมชนิดใดที่ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนนั้น ? และหน้าสนใจมากแค่ไหน ? มีความพิเศษอย่างไร ?

-         ส่วนผสมทางเคมีคืออะไร ? ส่วนผสมนี้ตรงกับข้อกำหนดมาตรฐานหรือไม่ ?

-         เปอร์เซ็นต์ธาตุตกค้างที่มีอยู่เป็นเท่าไร ? จะส่งผลอย่างไร ? และจำเป็นต้องควบคุมธาตุตกค้างเหล่านั้นให้อยู่ในเกณฑ์ระดับใดถึงจะเหมาะสม ? หรือแม้กระทั้งการพิจารณาเลือกใช้ ?

-         โลหะผสมต้องสะอาดแค่ไหน (หมายถึงปริมาณอินคูลชัน หรือสารฝังใน) และจำเป็นต้องควบคุมระดับความสะอาดเพียงใด ?

-         เงื่อนไขทางโลหะวิทยาของชิ้นส่วนเป็นอย่างไร ?

-         ชิ้นส่วนได้ผ่านการหล่อ, การขึ้นรูปแบบร้อน/เย็น หรือผ่านการอบชุบมาหรือไม่ ?

-         เราสามารถสรุปหาขั้นตอนต่างๆ ที่ใช้ในการผลิต เพื่อให้ทราบถึงโครงสร้างจุลภาคที่เห็นได้หรือไม่ ? เช่น ขนาดรูปร่างของเกรน, เทกเจอร์, อินคูลชัน, เฟสที่สอง, รูพรุน, การแยกตัวขององค์ประกอบทางเคมี, และข้อบกพร่องอื่นๆ อีก อาทิเช่น ข้อบกพร่องที่ผิว ล้วนแล้วแต่เป็นหลักฐานที่จำเป็นสำหรับการไขปัญหาทางโลหะวิทยา

-         ชิ้นส่วนผ่านกรรมวิธีทางวิศวกรรมพื้นผิวหรือการชุบเคลือบผิวมาหรือไม่ ? ถ้าใช่เราสามารถระบุได้หรือไม่ว่าขบวนการที่ใช้คืออะไร ? คำถามข้อนี้มีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากการชุบเคลือบผิวจะช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายในการผลิต ชิ้นส่วนหลายอย่างจะใช้เนื้อหลักเป็นโลหะผสมที่มีราคาค่อนข้างถูก แต่ใช้การปรับสภาพพื้นผิวให้ทนทานต่อความล้า, การสึกกร่อน และการกัดกร่อน เป็นต้น

หลังจากที่ได้รับระบุชนิดของโลหะผสม เงื่อนไขของเนื้อและผิวของชิ้นส่วน และกรรมวิธีการผลิตที่สามารถใช้ได้แล้ว คำถามต่อไปที่ต้องพิจารณาคือ

-         วัตถุดิบที่เหมาะสมสามารถหาได้ง่ายหรือไม่ ?

-         ถ้าใช่ กรรมวิธีการผลิตที่ต้องการสามารถหาได้หรือไม่ ?

กรรมวิธีการผลิตที่ต้องการจะหมายรวมถึง การอบชุบ การเชื่อม การกัดแต่ง และกรรมวิธีทางวิศวกรรมพื้นผิวที่จำเป็นต้องใช้ รวมทั้งคนที่มีความชำนาญในขบวนการดังกล่าวด้วย

ปัญหาเกี่ยวกับวัตถุดิบและกรรมวิธีการผลิต

     ถ้าหากจำเป็นต้องผลิตชิ้นส่วนหล่อรูปพรรณ หรือ วัสดุหล่อที่เป็นแท่งอินก็อตหรือสแล็บ (ซึ่งจะนำไปผ่านขบวนการทางกล-ความร้อน ต่อไป) จะต้องมีวัสดุชาร์จและปฏิบัติต่อน้ำโลหะที่ถูกต้อง รวมทั้งมีการเลือกทรายและวัสดุทนไฟ (เช่น วัสดุบุผนังภายในและแบบพิมพ์) อย่างเหมาะสมวัสดุทั้งหมดที่กล่าวมานี้จะต้องหาได้ง่ายและมีราคาที่เหมาะสม

     เช่นเดียวกับการผลิตโดยใช้เทคโนโลยีโลหะผง และจำเป็นต้องใช้ผงโลหะให้ถูกประเภท สำหรับชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปโดยแรง และ โดยการกัดแต่ง จำเป็นต้องใช้โลหะแผ่นหนา (plate) โลหะแผ่นบาง (sheet) และวัสดุกึ่งสำเร็จที่มีคุณภาพถูกต้อง สำหรับการเชื่อมจะต้องใช้ลวดเชื่อมให้ถูกต้อง สำหรับการอบชุบก็จำเป็นต้องเลือกบรรยากาศการอบชุบให้ถูกต้อง สำหรับการเคลือบผิวก็ต้องเลือกวัสดุเคลือบให้ถูกต้อง

     ถ้าไม่สามารถหาวัตถุดิบในประเทศได้ และจะต้องสั่งซื้อจากประเทศอื่นที่มีค่าเงินแข็งกว่า จำเป็นต้องคำนึงถึงค่าใช่จ่ายอย่างระมัดระวัง เนื่องจากค่าวัตถุดิบมักจะสูงกว่าครึ่งหนึ่งของค่าใช้จ่ายในการผลิตทั้งหมด ในบางกรณีอาจจะเป็นไปได้ว่าการผลิตชิ้นส่วนในประเทศมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าการนำเข้า

     ในสถานการณ์การผลิตใดๆ จะมีการเลือกระหว่างสมรรนะของชิ้นส่วนผลิต ค่าใช้จ่ายของวัสดุและการผลิต และสภาพเศรษฐกิจที่จะสร้างหรือผลิต ผลที่ตามมาก็คือ ถ้าหากไม่สามารถหาวัตถุดิบในอุดมคติได้ การเลือกเช่นนี้อาจเป็นที่ยอมรับได้ แต่ถ้าไม่ลดมาตรฐานด้านความปลอดภัย และ ลูกค้าไม่ได้เข้าใจผิด และผู้ใช้ก็ตระหนักถึงข้อจำกัดต่างๆ เกี่ยวกับสมรรถนะและอายุการใช้งาน

      เหตุผลเดียวกันนี้สามารถใช้ได้กับการที่จะเลือกขบวนการผลิตและโรงงานที่จะเป็นผู้ผลิตการเลือกใช้วัตถุดิบที่ดีที่สุด แต่ใช้ขบวนการผลิตที่มีคุณภาพด้อย จะทำให้ชิ้นส่วนที่ผลิตมีสมรรถนะต่ำ ซึ่งจะส่งผลให้อายุการใช้งานสั่นลง และอาจจะทำให้ชิ้นส่วนไม่เหมาะสมกับการใช้งาน ในกรณีนี้ความเสียหายที่เกิดขึ้นระหว่างการใช้งานจะทำให้สูญเสียค่าใช้จ่ายเป็นจำนวนมาก อันเนื่องมาจากอาจส่งผลกระทบต่ออุปกรณ์ข้างเคียงและทรัพย์สินอื่นๆ รวมทั้งการเสียเวลาการทำงาน อีกด้วย

      ยกตัวอย่าง เช่น เหล็กกล้าผสมต่ำซึ่งมีคุณภาพไม่ดีนัก ซื้อจากแหล่งจำหน่ายราคาถูก โดยจะนำวัสดุนี้ไปใช้ในการทำวิศวกรรมย้อนรอยสร้างเพลาขับยายพาหนะชนิดหนึ่ง

      สิ่งที่ต้องคำนึงถึง คือ เพลาจะต้องทนต่อความล้า และต้องทราบว่าสมบัติด้านการต้านทานความล้าของเหล็กกล้าผสมต่ำเป็นอย่างไร เหล็กกล้านั้นจะสมารถตอบสนองต่อการชุบแข็งและการอบคืนไฟได้ดีเพียงไร ความสะอาดของเนื้อวัสดุ (จำนวน ขนาด และการกระจายตัวของอินคลูชันในเนื้อเหล็ก) และโครงสร้าง สภาพพื้นผิว

      เหล็กกล้าคุณภาพต่ำและมีราคาถูก อาจจะมีส่วนผสมทางเคมีไม่ถูกต้องตามมารฐาน อาจมีธาตุตกค้างที่เป็นอันตรายต่อสมบัติของวัสดุใช้ทำเพลาในปริมาณมากเกินไป และอาจจะ  “สกปก” (มีปริมาณอินคูลชันมาก) นอกจากนี้เหล็กกล้าคุณภาพต่ำยังอาจจะมีลักษณะที่ไม่พึงประสงค์อื่นๆ อีก เช่น การแยกตัวขององค์ประกอบทางเคมีในระดับจุลภาค (segregation) และมีรูพรุนเนื่องมาจากอินก็อตหลงเหลืออยู่ เป็นต้น

     แม้ว่าวัสดุนี้จะผ่านขบวนการผลิตตามหลักในตำรา แต่สมบัติเกี่ยวกับความล้าและความต้านทานการแตกหักจะด้อยลงอย่างมาก และอาจนำไปสู่ความเสียหายของเพลาในระหว่างการใช้งานได้

      และที่สำคัญอีกประการคือ ถ้าหากวัสดุนี้ผ่านขบวนการผลิตที่ไม่ถูกต้อง เช่น ทุบขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูงเกินไป และอบชุบในบรรยากาศที่ทำให้เกิดการสูญเสียคาร์บอนที่ผิว การกัดแต่งผิวไม่เรียบร้อยมีความขรุขระ หรือไม่ได้ผ่านการชุบผิวแข็งด้วยการเหนียวนำทางความร้อน เป็นต้น ก็จะทำให้เกิดความเสียหายอย่างร้ายแรงในระหว่างการใช้งานอย่างแน่นอน อีกทั้งยังอาจนำไปสู่อุบัติเหตุที่ทำให้เกิดความไม่ปลอดภัยต่อชีวิตอีกด้วย ฉะนั้น ชิ้นส่วนที่สร้างหรือผลิตด้วยวิธีวิศวกรรมย้อนรอยในอัตราราคาที่ถูก เพียงแค่ปรับลดขั้นตอนบางอย่างลง กลับต้องทำให้เกิดการสูญเสียอันมหาศาลจากการเกิดความเสียหายเนื่องจากการใช้งานได้ในภายหลัง

     ส่วนสุดท้าย ตัวอย่างของเพลาขับและกรณีศึกษาที่ได้กล่าวถึง ล้วนตอกย้ำและเตือนว่า จำเป็นต้องเข้าใจเรื่องต่อไปนี้อย่างถ่องแท้

-         แง่มุมทางโลหะวิทยาของโลหะผสมที่ใช้เป็นวัตถุดิบ

-         การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและสมบัติของโลหะผสมที่ใช้ระหว่างกระบวนการผลิต ภายใต้เงื่อนไขการผลิตต่างๆ จนกระทั้งถึงขั้นตอนสุดท้าย

     ไม่ว่าจะเป็นการทำวิศวกรรมแบบตรง (Forward engineering) หรือวิศวกรรมย้อนรอย (Reverse engineering) ที่เป็นชิ้นส่วนโลหะ จำเป็นต้องเข้าใจในแง่มุมทางโลหะวิทยาด้วย รวมถึงการควบคุมโลหะที่ใช้ให้ได้โครงสร้างและสมบัติที่ถูกต้อง เพื่อให้ชิ้นส่วนที่สร้างและผลิตนั้นมีสมรรถนะการใช้งานตามต้องการ

ข้อมูลอ้างอิง : วิศวกรรมย้อนรอย (ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ)
วิสัยทัศน์ : Dr.John T.H. Pearce