Upload
others
View
5
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
การทดสอบหาต าหนบนผวชนงาน (Penetrant Testing)
จดประสงค 1. นกศกษาท าการทดลองแบบการแทรกซมรอยต าหนบนผวงานได 2. นกศกษาเรยนรเงอนไขของการทดสอบ 3. สามารถวเคราะหภายหลงการการทดสอบ
ทฤษฎทเกยวของ การทดสอบแบบไมท าลาย ( nondestructive-testing) หรอ NDT ทส าคญใชมากม 5
วธ 1. การตรวจสอบดวยสายตา (visual inspection) เปนวธทไมยงยาก แตผตรวจสอบตองมความรในดานทฤษฎและปฏบตเกยวกบการผลต ลกษณะทผดปกต ตางๆ 2. การตรวจสอบดวยสารแทรกซม (penetrant testing; PT) เพอหาความบกพรองในเนอวสด โดยสารแทรกซมสามารถซมเขาไปในชองวางแคบๆ ทเปนรอยราวขนาดเลกได ใชไดผลดกบชนงานทเปนโลหะ 3. การตรวจสอบโดยอนภาคแมเหลก (magnetic particle testing; MT ) ใชกบวสดเฟอรโรแมกเนตก ไดแก เหลก นกเกล และโคบอลท สงบกพรองทอยบนผววสด ผงแมเหลกจะจดเรยงตวตามรอยราว สงบกพรองอยใตผวเลกนอย ผงแมเหลกจะจดเรยงตวอยางไมเปนระเบยบ 4. การตรวจสอบวสดดวยอลตราโซนก (ultrasonic testing; UT)น าไปใชในการทดสอบเหลกโครงสรางประเภท I-Beam ขณะอยในสายการผลต รางรถไฟ ทอสงความรอน เหลกแผน 5. การตรวจสอบดวยการถายภาพรงส (radiographic testing; RT) อาศยหลกการของรงสทผานเขาไปสวสดททบแสงแลวทะลอกดานหนง ปรมาณททะลผานออกมาของรงส จะบงชใหทราบถงสงบกพรองและปรมาณของเนอวสด สาเหตเพราะรงสถกดดซมเอาไว ถาเนอวสดทมสงบกพรอง หรอปรมาณของเนอวสดนอย จะมปรมาณของรงสททะลผานออกมามากและจะไปปรากฏบนแผนฟลมในปรมาณทมาก แตในทางตรงกนขามถาไมมสงบกพรองหรอเนอวสดมากปรมาณรงสทตกระทบแผนฟลมนอยเพราะถกเนอวสดดดซบเอาไว การตรวจสอบดวยสารแทรกซม (penetrant testing; PT) การทดสอบวธน เปนการทดสอบแบบไมท าลาย โดยใชสารแทรกซมเขาไปในรอยราวชนงานทเกดจากสาเหตตางๆกน และมรปรางเรยกตางกน
2
ชนดของรอยต าหน
ความบกพรอง ( Defect )
ความบกพรองแบงไดเปน 4 แบบ คอ ความบกพรองจด ( point deflects ) ความบกพรองแบบเสน ( line defects ) ความบกพรองแบบระนาบ ( interface defects ) ความบกพรองขนาดใหญ ( bulk defects )
ความบกพรองขนาดใหญ ความบกพรองทมขนาดใหญ มขนาดประมาณ 10-3 ม. และบางครงอาจมขนาดใหญกวาน ความบกพรองขนาดใหญมความส าคญดงนคอ 1) ฟองอากาศ ( Holes ) พบบอยในโลหะ เพราะปกต จะมอากาศรวมตวอยในสภาพเปนของเหลว ระหวางการแขงตวของโลหะจะมอากาศออกมาและมฟองอากาศ อาจพบฟองอากาศในรอยเชอมเนองจากน าในธปเชอมจะท าใหเกดฟองอากาศของออกซเจนในรอยเชอม 2) อนภาคเจอปนในวสด ( Inclusion ) การแทรกตวของสารแปลกปลอมตางๆ ( สารไมพงประสงค ) ตวอยางเชน เหลกออกไซดในขณะทท าการหลอมเหลก เหลกออกไซดจะแทรกอยในเนอเหลก ในรปของอนภาคเจอปน อนภาคเจอปนจะท าใหความแขงแรงของเหลกลดลง ดงนนหากมอนภาคเจอปนมากในสวนใดสวนหนงของโลหะ จะท าใหสวนนนเปนจดออนของโลหะ
3) รอยราว ( Cracks ) เปนคณสมบตทส าคญทสด ในความบกพรองขนาดใหญ เพราะจะมผลตอคณสมบตเชงกลมาก โดยเฉพาะอยางยงวสดเปราะ ทงนเพราะรอยราว มลกษณะเปนปลายแหลมและขยายใหญขน เมอไดรบแรงเพมขนเปนผลใหวสดแตก
4) ละลายและความลกไมพอ ( Lack of fusion and penetration )
3
การละลายและความลกไมพอเกดจากการบากชนงานบรเวณทจะเชอมไมลกพอ ท าใหเกดการหลอมเหลวเฉพาะบรเวณผวหนาของชนงาน ความรอนไปไมถงบรเวณดานลางของชนงานท าใหดานลางชนงานไมหลอมเหลว ท าใหการเชอมตดไมด ความแขงแรงกจะนอยลง
ขนตอนการทดลอง 1. เลอกชนงานทจะท าการทดสอบ 2. ท าความสะอาดชนงานดวย Cleaner
3. ทงไวประมาณ 5 นาทแลวเชดออกใหหมด โดยตองเชดในทศทางเดยวตลอด เพอใหแผลชนงาน เปด 4. จากนนพนตว Penetrant เพอใหแทรกซมลงสผวชนงานทงไวประมาณ 10-15 นาทแลวท าการเชดออก โดยตองเชดในทศทางเดยวตลอด เพอใหแผลชนงานเปด
4
5. หลงจากเชดตวแทรกซมออกกพนตามดวยตว developer เพอดงตว penetrant ท าใหเหนรอยต าหนชดเจนยงขน
ผลการทดลอง ชนงานท 21
สรปผลการทดลอง
5
การทดสอบหาต าหนผวงานดวยแมเหลกไฟฟา
(Magnetic surface cracks Detection Technics) จดประสงค 1. เพอใหสามารถด าเนนการทดสอบดวยแมเหลกไฟฟาได 2. เพอใหรจกขอบขายการใชงานทดสอบ 3. เพอใหรจกเงอนไขทดสอบ 4. ทดสอบความไวของวธการ อปกรณทดสอบ เชน ชนทดสอบ อปกรณการวดความเขมสนามแมเหลก 5. การเขยนรายงานและผลการทดสอบ
ทฤษฎทเกยวของ การทดสอบวธนจะเรยกอกชอหนงวา “ การทดสอบดวยผงแมเหลก ” การเกดสนามแมเหลกไฟฟา ตามกฎของสนามแมเหลก : เมอมกระแสไฟฟาไหลผานตวน าจะท าใหเกดสนามแมเหลกขน และจะเหนยวน าชนทดสอบทเปนเหลกดวย เชนเดยวกน วธการจะแตกตางกนหลายรปแบบดงรปท
6
a) กระแสผานขดลวดเกดสนามแมเหลก b) ขดลวดแมเหลก( coil magnetic-CM ) ชนทดสอบเขาไปในขดลวดเกดเสนแรงแมเหลกตาม
แนวยาว c) แมเหลกตว U ( yoke magnetic-YM ) ชนทดสอบจะวางอยระหวางตว U (yoke) จะท าให
เกดเสนแรงแมเหลกตามแนวยาวชนทดสอบ d) กระแสไฟฟาผานตวน าเสนตรงท าใหเกดเสนแรงแมเหลกหมนรอบตวน า e) การเหนยวน ากระแสไหลวนในชนทดสอบ (SA) เปนเสนแรงแมเหลกวงกลมในชนทดสอบ
การเกดสนามแมเหลกและประเภทของการเหนยวน าในชนทดสอบดวยกระแสไฟฟาตรง การเหนยวน ากระแสไฟฟาไหลวนในชนทดสอบ (SA) จะใชทดสอบหารอยราวตามแนวยาว
และรอยราวหรอต าหนท ามมเอยงไดถง 45 องศา
a) สอดตวน าเขาในทอจะเหนยวน าชนทดสอบ ท าใหหารอยต าหนตามแนวยาวได b) สอดตวน าผานรเพอหาต าหนตามแนวรศม
การวางตวน าไฟฟา เพอเหนยวน าชนทดสอบหาต าหน
ในการท าใหรอยต าหน หรอรอยราวปรากฏใหเหนได จะใชผงเหลกด า ( Fe3O4 ) โรยบน ชนทดสอบ หรอสภาพเปยก ผสมกบน า หรอน ามนปโตรเลยม น ามน ( สภาพโคลน) ทาเคลอบเอาไว
เมอปลอยกระแสไฟฟาเขาไป บรเวณทเปนต าหน จะเกดการเบยงเบนของเสนแรงแมเหลก ท าใหผงแมเหลกขยบตวเปนพมผงเหลกใหเหนไดอยางชดเจน ดงรป
สนามแมเหลกเสนตรงใชทดสอบต าหนยาวแนวขวาง สนามแมเหลกวงแหวนใชทดสอบต าหนยาวตามแนวยาว
7
a) ต าหนบนผว b) ต าหนใตผวงาน การเปรยบเทยบขอด-ขอเสยของแมเหลกไฟฟาตว U ทใชทดสอบ กระแสไฟฟาทใช
ขอด ขอเสย
กระแสตรง (DC-Yoke)
• มโครงสรางทแขงแรง ใชทดสอบชนงานยาวๆได
• พมแมเหลกมกจบตวบรเวณปลายมนโคงของชนทดสอบลางอ านาจแมเหลกตกคางในชนทดสอบนาน (ท าใหสนเปลองกระแส) เกดการลดความเขมของสนามแมเหลกเมอพนทหนาตดชนทดสอบเพมมากขน
กระแสสลบ (AC-Yoke)
• เกดความเขมขนของสนามแมเหลกสม าเสมอ แมกระทงชนทดสอบทมรปรางซบซอน และถงแมจะมพนทหนาตด เพมมากขน • การลางแมเหลกกระท าไดงายและรวดเรวใชเวลาทดสอบสน
• มราคาแพง • จ ากดความยาวในการทดสอบ
ขนตอนการทดลอง 1. น าชนงานมาเชดใหสะอาดดวยสาร Cleaner 2. น าผงแมเหลกมาโรยตามผวของชนงาน 3. น าเครอง Yoke มากดทบผวชนงานแลวกดสวตซประมาณ 5 วนาท
11
การการอยราวดวยคลนอลตราโซนก ทฤษฎ
การหารอยราวโดยคลนเสยงอลตราโซนก (Ultra Sonic) โดยทวไปคลนเสยงจะหมายถง คลนเสยงความถสงซงหมนษยไมสามารถไดยนได หรอ เสยง
ทมความถสงกวา 20,000 Hz หรอ 20 kHz คณสมบตของคลนอลตราโซนก
ความเรวของคลนเสยง ความเรวของคลนจะขนอยกบตวกลางทคลนเคลอนทผาน เชน ความเรวเสยงในอากาศจะมคา เทากบ 340 เมตรตอวนาท สวนความเรวในน า (ท 20 °C) มคา 1,500 เมตรตอวนาท เปนตน
ความยาวของคลนและความถของคลน ความยาวคลนเสยงจะถกก าหนดโดยความเรวและความถของคลนนน ซงสามารถค านวณไดจาก สมการตอไปน
λ = C/f ….(2.8-1)
โดย λ แทนความยาวคลน, C แทนความเรวของเสยง และ f แทนความถของเสยง การสะทอนของคลนเมอคลนตกกระทบในแนวตงฉาก
เมอคลนเคลอนทผานไปทกจดบกพรอง,รอยราว หรอผวดานตรงขามของวสด จะเกดการสะทอน กลบจดบกพรองหรอผวดานหลงของวสดน กลาวรวมกนคอ เนอของวสดทขาดความตอเนองหรอเปนรอยตอระหวางตวกลางทคลนเคลอนทไปกบตวกลางอน เมอคลนเคลอนทตกกระทบในแนวตงฉากกบรอยตอของตวกลางตางชนดน คลนสวนหนงจะเคลอนทผานตอไป และสวนทเหลอจะสะทอนกลบเขาไปในตวกลางเดมอก อตราสวนของคลนเสยงทสะทอนกลบและสวนทเคลอนทผานตอไปจะขนอยกบคณสมบตทางเสยงทเรยกวา อมพแดนซเสยง (Acoustic Impedance) ของตวกลางทงสองนนอมพแดนซเสยง, Z นเปนผลคณระหวางความเรวของเสยงในตวกลางนนกบคาความหนาแนนของตวกลาง, p ซงสามารถเขยนเปนสมการไดดงน
Z = C×p ….(2.8-2) ทรอยตอของตวกลางสองชนด ถาให Z1 และ Z2 เปนอมพแดนซเสยงของตวกลางท 1 และ 2 ตามล าดบ แลวสมประสทธการสะทอนกลบของความดนเสยง r (Reflection Coefficient of Sound Pressure) ซงเปนอตราสวนของความดนของเสยงสวนทสะทอนกลบ Pr ตอความดนของเสยงทงหมดทตกกระทบ P0 จะค านวณไดจากสมการตอไปน
r = Pr / Po = (Z2 – Z1) / (Z1 + Z2) ….(2.8-3) ยกตวอยางเชน ถาเราจนตนาการระนาบรอยตอในเนอโลหะเดยวกนขนมาอนหนง เมอคลนเสยง
12
ตกกระทบระนาบนจะไมมการสะทอนกลบ ทงนเนองจากทงสองขางของระนาบจนตนาการเปนเนอของตวกลางเดยวกนท าให Z1 = Z2 จากการแทนคาในสมการ (2.8-3) จะได r = 0 การค านวณนท าใหทราบวาส าหรบการเคลอนทของคลนในตวกลางชนดเดยวกนแลว คลนจะไมสะทอนกลบ แตจะเคลอนทผานไปไดทงหมดส าหรบกรณของการสะทอนของคลนทผวดานหลงของชนวสดนน ถาหากวสดนนท าดวยโลหะแลวคาอมพแดนซเสยงของอากาศจะนอยกวาคาอมพแดนซเสยงของเนอโลหะมาก (Z1 > Z2) ดงนน ตามสมการ (2.8-3) r หรออตราสวนการสะทอนทผวดานหลงนเกอบจะมคาเทากบ 1 หรออาจจะกลาวไดวาการสะทอนกลบของคลน เกอบจะมคา 100%
การสะทอนและการสงผานของคลนทตกกระทบในแนวท ามม ผวสมผสระหวางชนวสดอาจจะเปนการสมผสระหวางของเหลวและของแขง หรอของแขงกบ ของแขงกได แตวาในทนจะพจารณากรณของแขงกบของแขง (ของแขงดานหนงเปนลมสามเหลยมซงเปนโพรบแบบท ามม สวนของแขงอกดานหนงนนคอวสดทจะตรวจสอบนนเอง)
รปท 2.7 การสะทอนและการหกเหของคลนทรอยตอระหวางตวกลางทเปนของแขงกบของแขง
จากรป 2.7 คลนแนวยาวซงเคลอนทมาตามตวกลางของแขงท 1 จะตกกระทบกบแนว
ผวสมผสโดยท ามมตกกระทบ il แลวจะมคลนความยาวสวนหนงสะทอนกลบท ามม βl (ในทน il =
βl )และคลนแนวขวางอกสวนหนงสะทอนกลบดวยมม βs นอกเหนอจากนยงมคลนอกสวนหนง
13
สงผานเขาสตวกลางท 2โดยมมมหกเห (Angle of Refraction) เทากบ θS คลนทสงผานไปไดนเปนคลนแนวขวาง (ในความเปนจรงจะมคลนแนวยาวสวนหนงซงเคลอนทผานเขาไปในตวกลางท 2 โดย
ท ามมหกเห θl ดวย แตวาลกษณะลมของตวปลอยคลนไดมการออกแบบให θl นมคาเกนกวาคามม
วกฤต ซงเปนผลให θl ≥ 90° จงท าใหไมตองคดถงคลนความยาวในตวกลางท 2 นอก) ตามรปท 2.7 การแสดงมมตกกระทบและหกเหของคลนเสยงในตวกลาง แสองในลกษณะท ามม กบแนวเสนตงฉากของผวสมผสทงสน จากกฎของสเนล (Snell’s Law) อตราสวนระหวางความเรวของเสยงและคา sine ของมมนนๆ จะมคาคงท จากกฎนความสมพนธระหวางคลนแนวยาวในเนอลมของตวโพรบและคลนแนวขวางซงสงผานเขาไปในเนอวสดจะสามารถแสดงไดดวยสมการตอไปน
(C1l / sin il) = (C2S / sin θS) ….(2.8-4)
จากสมการ (2.8-4) จะเหนไดวา ถาเราตองการใหมมหกเห θS เปนคาๆ หนง จะสามารถค านวณ คาของมมตกกระทบ il ได โดยทราบคาของความเรวของคลนในตวกลางทงสอง การตรวจสอบแบบไมท าลายโดยใชคลนอลตราโซนก
การประยกตใชคลนอลตราโซนกในการตรวจสอบวสดแบบไมท าลายมหลายวธ เชนการตรวจสอบจดบกพรอง หรอความไมตอเนองในเนอวสด การวดความหนาของวตถ การตรวจสอบคณสมบตของวสดเปนตน ซงการตรวจสอบจดบกพรองในวสด เปนการตรวจหารอยราวฟองอากาศหรอสงแปลกปลอมทอยภายในเนอวสด ตวอยางการใชงานประเภทนคองานการตรวจสอบชนสวนเครองยนตเครองบนไอพน การตรวจสอบใบพดของเครองยนตกงหนแกส หรอเครองยนตกงหนไอน า การวดความหนาของวตถสวนมากใชในการตรวจสอบการสกหรอของวสดทมลกษณะเปนผนงแผนเรยบ เชนการตรวจสอบความหนาของทอสงน า ผนงของเรอและถงน ามน เปนตน สวนการตรวจสอบคณสมบตของวสดนน จะเปนการประยกตใชงานคลนอลตราโซนกอกแบบหนงเพอประเมนคณสมบตตางๆของวสด เชน ความแขง เกรน (grain) และสวนประกอบของวสดซงอยนอกเหนอขอบเขตของโครงการนวธการตรวจสอบความหนาหรอการตรวจสอบจดบกพรองในวตถมอยดวยกน 3 วธ คอ วธทใชการสะทอนกลบของคลน วธทใชการสงผานของคลน และวธเรโซแนนท ใน 3 วธการน วธทใชการสะทอนกลบของสญญาณพลส (pulse-echo) เปนวธการทนยมใชมากทสด รปท 2.3 แสดงระบบตรวจสอบความหนาของวตถ โดยใชหลกการของการสะทอนกลบของสญญาณพลส
สญญาณทปอนใหหวสงคลนอลตราโซนกม 2 ลกษณะ คอ แบบ impulseและแบบ tone burst เมอหวสงคลนอลตราโซนกไดรบสญญาณไฟฟา จะท าใหเกดการสนสะเทอนและเกด เครองก าเนดสญญาณพลสเครองรบสญญาณเครองประมวลผลและแสดงภาพโพรบเนอวสดทดสอบ จดบกพรองผวดานหลงเปนคลนอลตราโซนกขนมา และเมอคลนอลตราโซนกเดนทางเขาไปในเนอวสดทดสอบจะเกดการสะทอนกลบเมอคลนเดนทางไปกระทบกบผวดานหลงสดของวตถหรอจดบกพรองในวสด คลนทสะทอนกลบมานจะถกแปลงเปนสญญาณไฟฟาทหวรบสญญาณคลนอลตรา
14
โซนก หวรบและหวสงคลนอลตราโซนกอาจจะเปนตวเดยวกนหรอแยกกนกไดทงนขนอยกบการออกแบบระบบ สญญาณทรบไดจะถกขยายและน าไปประมวลผลเพค านวณหาต าแหนงของจดบกพรองหรอความหนาของวตถอกท
หวรบสงคลนอลตราโซนก โพรบหรอหวรบสงสญญาณคลนอลตราโซนกสวนใหญท าจากเซรามกชนดหนงเรยกวาผลก piezoelectric ซงเปนผลกทเมอถกกระตนดวยกระแสไฟฟาจนเกดขวทางไฟฟา (polarization) จะเกดการยดและหดตวของผลกจนท าใหเกดคลนเสยงความถสงสงออกไป ในทางกลบกนเมอมคลนเสยงความถสงมากระทบผลกกจะท าใหเกดกระแสไฟฟา โพรบส าหรบใชกบคลนตามยาวและคลนตามขวางจะมลกษณะแตกตางกน โพรบทใชกบคลนตามยาวจะเปนโพรบแบบตงฉาก สวนโพรบทใชกบคลนเฉอนจะเปนโพรบแบบท ามมกบพนผว โพรบแบบตงฉากจะใชในวธการปลอยคลนแบบตงฉาก (normal beam testing) ซงเปนการปลอยคลนในแนวตงฉากกบผวทดสอบ วธการนสามารถใชวดต าแหนงความลกของจดบกพรองหรอความหนาของวสดในแนวตงฉากได ส าหรบหวรบสงสญญาณคลนอลตราโซนกทเลอกใชในโครงการนเปนหวรบสงสญญาณคลนอลตราโซนกแบบตงฉากทหวรบและหวสงสญญาณแยกกนคนละสวน เพอใหสญญาณคลนอลตราโซนกทสงออกไปและสญญาณทสะทอนกลบมาไมรบกวนกน ในโครงการนไดเลอกใชความถ 5 MHz ซงเหมาะจะใชในการตรวจสอบโลหะและเซรามก สรปผลการทดลอง