ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับการทดสอบวัสดุ
วัสดุที่นำมาใช้ในงานวิศวกรรมต้องมีสมบัติที่ใช้งานในลักษณะต่างกันเพื่อให้ใช้งานได้อย่างปลอดภัย ต้องทดสอบเพื่อการประเมินสมบัติด้านต่างๆ แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ
การทดสอบแบบทำลาย (destructivetesting; DT) เป็นการทดสอบเพื่อหาสมบัติทางกล ดังเช่นการทดสอบหาค่าดัชนีที่บ่งชี้ถึงความแข็งแรงของวัสดุ เช่น
– การทดสอบการดึง เพื่อหาค่าความเค้นคราก ความต้านการดึง
– การทดสอบความแข็ง เพื่อหาความสามารถของวัสดุที่ต้านทานการเปลี่ยนรูป
– การทดสอบแรงกระแทก เพื่อหาค่าความเหนียวและความสามารถในการรับแรงกระแทกของวัสดุ
– การทดสอบความล้าทำเพื่อเป้าประสงค์ในการในการหาค่าความสามารถที่วัสดุจะรับแรงแบบคาบเวลาหรือแรงกระทำแบบซ้ำๆ กันตลอดเวลา
– การทดสอบการคืบตัวที่อุณหภูมิสูง เป็นการทดสอบเพื่อหาค่าความแข็งแรงของวัสดุที่ยังมีแรงด้านทานภายในขณะที่รับแรงที่ไม่มากไปกว่าความเค้นคราก ที่อุณหภูมิสูงในระยะเวลาที่ไม่จำกัด
การทดสอบแบบไม่ทำลาย (nondestructive testing; NDT) เป็นการตรวจสอบเพื่อหาสิ่งบกพร่องในวัสดุ เช่น รอยร้าว หรือความไม่สมบูรณ์ของรูปร่างชิ้นงาน ที่เกิดขึ้นบริเวณผิว ใต้ผิวเล็กน้อย และในเนื้อวัสดุเช่น
– การตรวจสอบด้วยอนุภาคแม่เหล็กเป็นการตรวจสอบหาสิ่งบกพร่องที่ผิวและใต้ผิวชิ้นงานเล็กน้อย
– การตรวจสอบด้วยการถ่ายรังสีสามารถแสดงภาพของสิ่งบกพร่องออกมาบนฟิล์มถ่ายภาพและสามารถตรวจสอบสิ่งบกพร่องในเนื้อวัสดุได้
– การตรวจสอบด้วยอัลตราโซนิกสามารถตรวจสอบสิ่งบกพร่องในเนื้อวัสดุได้เช่นเดียวกับภาพถ่ายรังสี
– การตรวจสอบด้วยสายตา เป็นการตรวจสอบที่สะดวก โดยใช้ความสามารถพื้นฐานตรวจสอบได้ด้วยตัวเองและไม่ต้องใช้อุปกรณ์พิเศษและความชำนาญการของผู้ตรวจสอบ
การทดสอบแบบทำลาย (destructivetesting; DT)ที่สำคัญและใช้กันมากในอุตสาหกรรม มี 6 วิธีคือ
1. การทดสอบการดึง (tensile testing) เป็นการทดสอบวัสดุที่สำคัญที่สุด เพราะในการออกแบบส่วนใหญ่จะใช้ค่าซึ่งได้จากการทดสอบนี้ไปใช้ในการคำนวณ เพื่อกำหนดขนาดรูปร่างของชิ้นงาน วัตถุประสงค์ เพื่อหาค่าความต้านแรงดึงสูงสุด ความเค้นคราก และเปอร์เซ็นต์การยืดตัวของวัสดุ โดยั่วไปจะดึงชิ้นทดสอบจนขาดออกจากกันในขณะเดียวกันก็จะบันทึกแรงที่ใช้ในการดึงและระยะยืดของชิ้นทดสอบด้วยเครื่องบันทึก
2. การทดสอบความแข็ง (hardness test) ค่าความแข็งเป็นสมบัติทางกลที่สำคัญค่าหนึ่งบ่งบอกถึงความสามารถในการต้านทานการเปลี่ยนรูปถาวรของวัสดุ เนื่องจากการกดหรืออัด มีการทดสอบดังนี้
2.1 การทดสอบความแข็งของบริเนล์ (brinell hardness test) ชาวสวีเดนใช้ลูกบอลเหล็กกด แล้ววัดเส้นผ่าศูนย์กลางรอยกด
2.2 การทดสอบความแข็งแบบวิกเกอร์ ใช้ตัวกดทำด้วยเพชรเจียระไน วัดเส้นทแยงมุม ของรอยกด
2.3 การทดสอบความแข็งแบบรอกเวลล์ ลุคเวลชาวเยรมัน วัดความลึกของหัวกดซึ่งทำด้วยเพชรทรงกรวย
2.4 การทดสอบความแข็งด้วยค้อนโพลดี้ ใช้ค้อนมือ 100g ตีแกนสลักที่มีลูกบอลกับวัสดุทดสอบ
2.5 การทดสอบความแข็งโดยการกระดอนแบบชอร์ ใช้ตุ้มน้ำหนัก0.2 N ตกจากความสูง 112 mm กระแทกกับผิวชิ้นทดสอบวัดความกระดอนตุ้มน้ำหนักถ้าวัสดุทดสอบมีความแข็งสูงตุ้มน้ำหนักก็กระดอนสูง
3.การทดสอบแรงกระแทก (impact testing) เป็นการใช้แรงกระทำเคลื่อนที่ด้วยความเร็วกระแทกชิ้นทดสอบให้แตกหักในเวลาอันสั้นเพื่อศึกษาพฤติกรรมของวัสดุเมื่อถูกแรงกระแทกใชห้ ลักการค้อนเหวี่ยง และชิ้นทดสอบต้องมีร่องบากนิยมใช้แบบชาร์ปี
4.การทดสอบการล้า หาความต้านล้าของวัสดุ หมายถึงความเค้นสูงสุดแบบเปลี่ยนแปลงที่กระทำต่อชิ้นงานเป็นจำนวนครั้งไม่สิ้นสุด โดยชิ้นงานไม่เสียหาย ถ้าความเค้นที่กระทำต่อชิ้นงานมีค่าสูงกว่าความเค้นล้าของวัสดุ ก็จะทำให้ชิ้นงานแตกหักแบบล้าได้ อาจจะภายในไม่กี่นาที หรือได้รับแรงเป็นระยะเวลานานเป็นปี
5.การทดสอบความแข็งแรงของวัสดุที่อุณหภูมิสูง เพื่อหาค่าความเค้นครากที่อุณหภูมิสูง
6. การทดสอบการคืบ การคืบ (creep) คือการที่วัสดุได้รับความเค้นนำไปสู่การยืดตัว ค่าความต้านการคืบ(creep strength) ที่อุณหภูมิหนึ่ง คือค่าความเค้นสูงสุดเมื่อเริ่มต้นมีความคืบและเวลาผ่านไปจนหยุดความคืบแต่ถ้าความเค้นสูงกว่าค่านี้จะนำไปสู่การแตกหัก
การทดสอบแบบไม่ทำลาย ( nondestructive-testing) หรือ NDT ที่สำคัญใช้มากมี 5 วิธี
1. การตรวจสอบด้วยสายตา (visual inspection) เป็นวิธีที่ไม่ยุ่งยาก แต่ผู้ตรวจสอบต้องมีความรู้ในด้านทฤษฎีและปฏิบัติเกี่ยวกับการผลิต ลักษณะที่ผิดปกติ ต่างๆ
2. การตรวจสอบด้วยสารแทรกซึม (penetrant testing; PT) เพื่อหาความบกพร่องในเนื้อวัสดุ โดยสารแทรกซึมสามารถซึมเข้าไปในช่องว่างแคบๆ ที่เป็นรอยร้าวขนาดเล็กได้ ใช้ได้ผลดีกับชิ้นงานที่เป็นโลหะ
3. การตรวจสอบโดยอนุภาคแม่เหล็ก (magnetic particle testing; MT ) ใช้กับวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก ได้แก่ เหล็ก นิกเกิล และโคบอลท์ สิ่งบกพร่องที่อยู่บนผิววัสดุ ผงแม่เหล็กจะจัดเรียงตัวตามรอยร้าว สิ่งบกพร่องอยู่ใต้ผิวเล็กน้อย ผงแม่เหล็กจะจัดเรียงตัวอย่างไม่เป็นระเบียบ
4. การตรวจสอบวัสดุด้วยอัลตราโซนิก (ultrasonic testing; UT)นำไปใช้ในการทดสอบเหล็กโครงสร้างประเภท I-Beam ขณะอยู่ในสายการผลิต รางรถไฟ ท่อส่งความร้อน เหล็กแผ่น
5. การตรวจสอบด้วยการถ่ายภาพรังสี (radiographic testing; RT) อาศัยหลักการของรังสีที่ผ่านเข้าไปสู่วัสดุที่ทึบแสงแล้วทะลุอีกด้านหนึ่ง ปริมาณที่ทะลุผ่านออกมาของรังสี จะบ่งชี้ให้ทราบถึงสิ่งบกพร่องและปริมาณของเนื้อวัสดุ สาเหตุเพราะรังสีถูกดูดซึมเอาไว้ ถ้าเนื้อวัสดุที่มีสิ่งบกพร่อง หรือปริมาณของเนื้อวัสดุน้อย จะมีปริมาณของรังสีที่ทะลุผ่านออกมามากและจะไปปรากฏบนแผ่นฟิล์มในปริมาณที่มาก แต่ในทางตรงกันข้ามถ้าไม่มีสิ่งบกพร่องหรือเนื้อวัสดุมากปริมาณรังสีที่ตกกระทบแผ่นฟิล์มน้อยเพราะถูกเนื้อวัสดุดูดซับเอาไว้
ขอบคุณที่มา: http://www.safety-stou.com/UserFiles/File/54101_unit4.pdf
picture credit: http://tspndt.com/non-destructive-testing-industrial-supplies-blog/4-benefits-of-nondestructive-testing