การวัดการสึกหรอโดยใช้เทคโนโลยี การตามรอยสารรังสี

การวัดการสึกหรอโดยใช้เทคโนโลยีการตามรอยสารรังสี

ในการใช้เครื่องมือที่ทันสมัย วิศวกรของ SwRI ได้ศึกษาการสึกหรอแบบ real-time ทำให้สามารถตรวจหาการสึกหรอและหาอัตราการเปลี่ยนแปลงการสึกหรอได้ทันที จุดเด่นของการวัดโดยใช้เทคนิคการตามรอยสารกัมมันตรังสี ได้แก่

• ลดค่าใช้จ่ายในการทดสอบ
• สามารถตรวจวัดซ้ำได้
• ได้ข้อมูลการสึกหรอแบบ Real-time
• ให้ผลการทดสอบที่มีความหมายมากในเวลาอันสั้น
• สามารถวัดการเปลี่ยนแปลงได้ง่าย
• สามารถหาความสัมพันธ์ของสาเหตุและผลกระทบได้
• สามารถหาความสัมพันธ์ระหว่างการสึกหรอกับตัวแปรในการออกแบบ น้ำมันเชื้อเพลิง คุณสมบัติของน้ำมันหล่อลื่น และสภาวะการทำงานของเครื่องยนต์

โดยทั่วไป ในการวัดการสึกหรอของชิ้นส่วนในเครื่องยนยต์แบบสันดาปภายใน มีการใช้เทคนิคสารตามรอยกัมมันตรังสี 2 แบบ

• การทำให้เป็นสารกัมมันตรังสีทั้งชิ้น (Bulk activation)
• การทำให้เป็นสารกัมมันตรังสีที่ผิวนอก (Surface- or thin-layer activation : SLA/TLA)

ในการทดสอบโดยการอาบรังสีทั้งชิ้นนั้น ชิ้นส่วนจะถูกนำไปอาบรังสีนิวตรอนในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์วิจัย และนำกลับมาติดตั้งในเครื่องยนต์ทดสอบ ในระหว่างที่เครื่องยนต์ทำงาน ชิ้นส่วนจะถูกเสียดสี ทำให้อนุภาคของชิ้นส่วนหลุดออกมา ซึ่งสามารถตรวจวัดได้ โดยการตามรอยนิวไคลด์รังสีที่อยู่ในน้ำมันหล่อลื่น หรือน้ำหล่อเย็น

เมื่อวัดรังสีจากอนุภาคเหล่านี้โดยใช้ระบบวัดรังสีแกมมา (gamma ray spectrometer) ซึ่งรังสีที่วัดได้จะเป็นสัดส่วนกับมวลของวัสดุที่สึกหรอออกมา ในของเหลวที่หมุนเวียนอยู่ นิวไคลด์รังสีที่สึกหรอออกมา สามารถวัดได้หลายนิวไคลด์ในเวลาเดียวกัน ทำให้สามารถตรวจสอบการสึกหรอของผิวหน้าหรือชิ้นส่วนได้หลายชิ้นพร้อมกัน ในการทดสอบครั้งเดียว

การใช้เทคนิค SLA/TLA โดยการยิงชิ้นส่วนเครื่องยนต์ ด้วยลำอนุภาคมีประจุพลังงานสูง เพื่อทำให้อะตอมของชั้นบางๆ ที่ผิวหน้าของชิ้นส่วนมีกัมมันตภาพรังสี การสึกกร่อนวัดได้โดย การตรวจสอบการลดลงของกัมมัตภาพรังสีของชิ้นส่วนนั้น หรือการเพิ่มขึ้นของกัมมันตภาพรังสีของตะกอนที่สะสมที่ไส้กรองของเหลว

ประสบการณ์ในการใช้เทคนิคตามรอยสารรังสี (Radioactive Tracer Experience)

การใช้เทคนิคการตามรอยสารกัมมันตรังสี ทำให้ลดค่าใช้จ่ายลง มีความแม่นยำ ให้ข้อมูลแบบ real-time สามารถวัดการเปลี่ยนแปลงของการสึกกร่อนได้ละเอียด โดยไม่ต้องถอดชิ้นส่วนออกมาตรวจ สามารถศึกษาการสึกกร่อนได้ ทั้งในสภาวะที่มีการเปลี่ยนแปลงและสภาวะคงที่

โครงการที่ผ่านในการตรวจวัดโดยใช้สารติดตามกัมมันตรังสีของ SwRI ได้แก่

• การวัดการสึกกร่อนของวงแหวนกระบอกสูบ ที่สัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของความเร็ว น้ำหนักบรรทุก และอุณหภูมิของการใช้งาน ชนิดและคุณภาพของเชื้อเพลิงและน้ำมันหล่อลื่น รวมทั้งความสกปรกทั้งภายในและภายนอก
• การวัดการสึกกร่อนของหัวฉีด ที่สัมพันธ์กับโลหะของชิ้นส่วน คุณภาพของเชื้อเพลิง และระดับของความสกปรก
• ประเมินการสึกกร่อนของแนวกระบอกของเครื่องยนต์ดีเซล ที่สัมพันธ์กับการออกแบบกระบอกสูบ วัสดุ และน้ำมันเครื่อง
• ตรวจสอบความไวในการสึกกร่อนของเครื่องยนต์ต่อ เชื้อเพลิง น้ำมันเครื่อง และระบบกรองอากาศ
• วัดการสึกกร่อนของเครื่องยนต์ ที่สัมพันธ์กับความสกปรกของฝุ่น เพื่อหาความสัมพันธ์ระหว่างการสึกกร่อน กับขนาดของฝุ่น และระดับของการกรอง
• ศึกษาประสิทธิภาพของไส้กรอง และทดสอบกระบวนการกรอง โดยใช้ฝุ่นทดสอบที่ผ่านการอาบรังสีนิวตรอน
• เปรียบเทียบการสึกกร่อนของชิ้นส่วนเครื่องยนต์ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติกับน้ำมัน