การศึกษารูปแบบสัญญาณอะคูสติกส์ที่เกิดขึ้นในกระบวนการแตกหักของวัสดุ

Abstract

การตรวจสอบความเสียหายของวัสดุด้วยการวัดสัญญาณอะคูสติกส์อีมิชชั่น (Acoustic Emission,AE) เป็นวิธีการตรวจสอบแบบไม่ทำลาย (Non-Destructive Testing) ที่สามารถใช้ในการเฝ้าระวังความเสียหายของวัสดุขณะใช้งาน (Online Monitoring) โดยการตรวจจับพลังงานในรูปของคลื่นยืดหยุ่นแบบชั่วครู่ (Transient Elastic Wave) ที่ปลดปล่อยสัญญาณจากรอยบกพร่องของวัสดุ งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์ เพื่อพัฒนาวิธีการตรวจสอบความเสียหายของวัสดุด้วยการวัดสัญญาณอะคูสติกส์อีมิชชั่น และศึกษารูปแบบสัญญาณอะคูสติกส์อีมิชชั่นในกระบวนการแตกร้าวของวัสดุ 4 ชนิด ในการศึกษาวิจัยนี้ใช้เครื่องมือวัดสัญญาณอะคูสติกส์อีมิชชั่นประกอบด้วยหัวตรวจสอบ (Sensor) อุปกรณ์ขยายสัญญาณ (Pre Amplifier) และอุปกรณ์ประมวลผล (Acoustic Emission Analyzer) ทำการวัดสัญญาณอะคูสติกส์อีมิชชั่นที่เกิดขึ้นขณะชิ้นงานทดสอบอยู่ภายใต้แรงดึงที่เพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ (5 มิลลิเมตร/นาที) ทำให้โครงสร้างจุลภาคภายในเกิดเป็นรอยแตกร้าวเพิ่มขึ้นจนกระทั่งชิ้นงานฉีกขาดออกจากกัน ซึ่งสัญญาณอะคูสติกส์ที่เกิดขึ้นจะถูกบันทึกค่าสัญญาณ ตั้งแต่เริ่มต้นทดสอบไปจนชิ้นงานฉีกขาดออกจากกัน โดยใช้โปรแกรมแลปวิว (Labview) ประมวลผล และแสดงค่าแอมพลิจูด ของสัญญาณอะคูสติกส์ เพื่อวิเคราะห์ผลการทดสอบ ซึ่งในการทดสอบจะกระทำกับวัสดุต่างกัน 4 ชนิดคือ วัสดุเหล็กกล้า(S45C), วัสดุเหล็กกล้า(SCM440), อะลูมิเนียม (5083-H112), และพลาสติก (High density polyethylene, HDPE) จากการทดสอบพบว่าลักษณะสัญญาณอะคูสติกส์ขณะชิ้นงานอยู่ภายใต้แรงดึงมีความสัมพันธ์กับการเปลี่ยนรูปร่าง (Deformation) และชนิดวัสดุที่ใช้ทดลอง เช่น วัสดุเหล็กกล้า S45C มีค่าเฉลี่ยแอมพลิจูดที่ 842 mV. วัสดุเหล็กกล้า SCM440 มีค่าเฉลี่ยแอมพลิจูดที่ 354 mV. และอะลูมิเนียม 5083-H112 มีค่าเฉลี่ยแอมพลิจูดที่ 290 mV. ก่อนถึงจุดยิวล์ (yield point) ขนาดแอมพลิจูดมีการเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจนเมื่อเริ่มให้แรงกระทำต่อวัสดุ แต่ในขณะที่วัสดุพลาสติก High density polyethylene (HDPE) จะไม่พบว่ามีระดับความเปลี่ยนแปลงขนาดแอมพลิจูดเหนือเทรชโชลด์อย่างชัดเจนเมื่อเริ่มให้แรงกระทำต่อวัสดุ

Acoustic Emission testing for material failure is considered as a non-destructive testing methode used for online material monitoring. It is the transient elastic wave in a material caused by the rapid release of localized stress energy. This research aimed to develop Acoustic Emission testing process and study the characteristic of its signals during crack propagation of 4 different materials. This Acoustic Emission system included a sensor, pre-amplifier, and Acoustic Emission analyzer to monitor the work piece under tension force (moving speed of 5 mm./min). The Acoustic Emission signal was recorded continuously from the beginning process through the complete fractured phase of the work piece. This Acoustic Emission signal was also analyzed by using Labview Program in order to identify the Acoustic Emission parameters such as Amplitude. Steel S45C, Steel SCM440, Aluminum 5083-H112, and High-density Polyethylene (HDPE) were compared for the testing. The results showed that the Acoustic Emission signal of the work piece under tension force related with its deformation. S45C Steel had the average amplitude values at 842 mV while SCM440 steel had its average amplitude values at 460 mV. Aluminum 5083-H112 had its average amplitude at 290 mV. Before yield point, the amplitude increased clearly when there was an act on the material. However, for the High-density Polyethylene (HDPE), there was no clear change of amplitude over threshold with an act on the material.