ทดสอบรอยเชื่อมโครงสร้างเหล็ก UT MT PT RT เลือกวิธีไหน

งานโครงสร้างเหล็กแตกต่างจากงานคอนกรีตตรงที่จุดอ่อนของระบบไม่ได้อยู่ที่ตัววัสดุ แต่อยู่ที่รอยต่อ เหล็กรูปพรรณจากโรงงานมีคุณสมบัติค่อนข้างสม่ำเสมอและตรวจสอบย้อนกลับได้จากใบรับรองวัสดุ ขณะที่รอยเชื่อมเกิดขึ้นหน้างานภายใต้ฝีมือช่าง สภาพอากาศ และท่าเชื่อมที่ต่างกันในแต่ละจุด คุณภาพจึงไม่เท่ากันทุกรอย และนั่นคือเหตุผลที่ต้องมีการตรวจสอบ

การทดสอบรอยเชื่อมแบบไม่ทำลาย คืออะไร?

การทดสอบรอยเชื่อมแบบไม่ทำลาย (Weld Non-Destructive Testing, Weld NDT) คือการตรวจหาความไม่ต่อเนื่องในรอยเชื่อมโดยไม่ตัดหรือทำให้ชิ้นงานเสียหาย แล้วนำผลที่ได้ไปเทียบกับเกณฑ์ยอมรับที่ระบุไว้ในข้อกำหนดของโครงการ

คำสองคำที่ต้องแยกให้ชัดคือ ความไม่ต่อเนื่อง (discontinuity) กับ ข้อบกพร่อง (defect) ความไม่ต่อเนื่องคือสิ่งที่เครื่องมือตรวจพบ ส่วนข้อบกพร่องคือความไม่ต่อเนื่องที่มีขนาดหรือตำแหน่งเกินเกณฑ์ยอมรับจนต้องซ่อม รอยเชื่อมที่เครื่องมือจับสัญญาณได้จึงไม่ได้แปลว่าใช้งานไม่ได้เสมอไป ต้องผ่านการตัดสินโดยผู้ตรวจสอบที่มีคุณสมบัติก่อน

ความไม่ต่อเนื่องที่พบบ่อยในงานเชื่อมโครงสร้างเหล็ก ได้แก่ รอยแตก (crack) การหลอมไม่สมบูรณ์ (incomplete fusion) การซึมลึกไม่ถึง (incomplete joint penetration) โพรงอากาศ (porosity) สารฝังใน (slag inclusion) และรอยกัดขอบ (undercut) แต่ละแบบอยู่คนละความลึก จึงต้องใช้วิธีตรวจที่ต่างกัน

ทำไมต้องตรวจรอยเชื่อมโครงสร้างเหล็ก?

เพราะรอยเชื่อมคือจุดที่ถ่ายแรงระหว่างชิ้นส่วน และเป็นจุดที่คุณภาพขึ้นกับฝีมือช่างและสภาพหน้างานมากที่สุดในระบบโครงสร้างเหล็กทั้งหมด เหตุผลหลักมีสามข้อ

• รอยบกพร่องภายในมองไม่เห็นด้วยตา — รอยเชื่อมที่ผิวเรียบสวย อาจมีโพรงหรือการหลอมไม่สมบูรณ์ซ่อนอยู่ข้างในได้
• รอยแตกขยายตัวได้ภายใต้แรงกระทำซ้ำ — โครงสร้างที่รับแรงสลับไปมา เช่น รางเครน สะพาน หรือแท่นเครื่องจักร รอยเล็ก ๆ อาจโตขึ้นตามรอบการใช้งาน
• เป็นข้อกำหนดของสัญญา — งานโครงสร้างเหล็กส่วนใหญ่ระบุขอบเขตการตรวจสอบรอยเชื่อมไว้ในเอกสารสัญญา ผลตรวจใช้เป็นหลักฐานประกอบการส่งมอบงาน

ทดสอบรอยเชื่อมมีวิธีอะไรบ้าง?

1. การตรวจด้วยสายตา (Visual Testing, VT)

VT คือการตรวจรอยเชื่อมด้วยสายตาโดยผู้ตรวจสอบที่มีคุณสมบัติ ร่วมกับเครื่องมือวัดอย่างเกจวัดขนาดรอยเชื่อมและแว่นขยาย เป็นวิธีที่ต้องทำก่อนเสมอ เพราะเห็นรอยกัดขอบ ขนาดขาไม่ได้ตามแบบ รอยเชื่อมล้น และรูปทรงผิดปกติได้ทันทีด้วยต้นทุนต่ำที่สุด ข้อจำกัดคือเห็นเฉพาะสิ่งที่อยู่บนผิวเท่านั้น

2. การตรวจด้วยสารแทรกซึม (Penetrant Testing, PT)

PT คือการทาสารแทรกซึมลงบนผิวรอยเชื่อมที่ทำความสะอาดแล้ว ปล่อยให้ซึมเข้ารอยที่เปิดถึงผิว จากนั้นเช็ดผิวและทาสารแสดงผล (developer) เพื่อดูดสารแทรกซึมกลับขึ้นมาเป็นรอยสีที่มองเห็นได้ ใช้ได้กับวัสดุแทบทุกชนิดที่ผิวไม่พรุน จึงเป็นทางเลือกหลักของวัสดุที่ไม่เป็นแม่เหล็กซึ่งใช้ MT ไม่ได้ เช่น สเตนเลสและอะลูมิเนียม แนวทางอ้างอิงคือ ASTM E165 และ ASTM E1417 ข้อจำกัดคือตรวจพบเฉพาะรอยที่เปิดถึงผิวจริง ๆ รอยที่ถูกปิดด้วยการขัดหรือสีทับจะตรวจไม่พบ

3. การตรวจด้วยผงแม่เหล็ก (Magnetic Particle Testing, MT)

MT คือการสร้างสนามแม่เหล็กในชิ้นงาน แล้วโรยผงแม่เหล็กลงบนผิว หากมีรอยขวางแนวสนาม จะเกิดสนามรั่วดึงผงมาเกาะเป็นแนวให้เห็น ใช้ได้เฉพาะวัสดุที่เป็นแม่เหล็กได้ เช่น เหล็กกล้าคาร์บอน ซึ่งเป็นวัสดุหลักของงานโครงสร้างเหล็กอยู่แล้ว จุดเด่นเหนือ PT คือเห็นรอยที่อยู่ใต้ผิวตื้น ๆ ได้ด้วย และทำได้เร็วกว่าเพราะไม่ต้องรอเวลาซึม แนวทางอ้างอิงคือ ASTM E709 และ ASTM E1444

4. การตรวจด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (Ultrasonic Testing, UT)

UT คือการส่งคลื่นเสียงความถี่สูงผ่านหัวตรวจเข้าไปในเนื้อเหล็ก แล้ววัดสัญญาณที่สะท้อนกลับจากขอบเขตหรือความไม่ต่อเนื่องภายใน อ่านผลได้ทันทีหน้างาน ไวต่อรอยแตกและการหลอมไม่สมบูรณ์ในแนวตั้ง และเข้าถึงชิ้นงานด้านเดียวก็ตรวจได้ แนวทางอ้างอิงคือ ASTM E164 ข้อจำกัดคือผลขึ้นกับทักษะผู้ตรวจค่อนข้างมาก ต้องสอบเทียบเครื่องกับบล็อกอ้างอิงก่อนใช้ และผิวงานต้องเรียบพอให้หัวตรวจสัมผัสได้ดี

5. การถ่ายภาพรังสี (Radiographic Testing, RT)

RT คือการยิงรังสีทะลุผ่านรอยเชื่อมไปตกบนฟิล์มหรือแผ่นรับภาพดิจิทัล บริเวณที่มีโพรงหรือสารฝังในจะให้ความเข้มต่างจากเนื้อเหล็กปกติ จุดเด่นคือได้หลักฐานเป็นภาพที่เก็บไว้ตรวจซ้ำได้ และเห็นโพรงกับสารฝังในชัดเจน แนวทางอ้างอิงคือ ASTM E94 และ ASTM E1032 ข้อจำกัดคือต้องเข้าถึงชิ้นงานทั้งสองด้าน ต้องกั้นพื้นที่ควบคุมรังสีและหยุดงานรอบข้าง จึงมีข้อกำหนดด้านความปลอดภัยและใบอนุญาตที่เข้มงวดกว่าวิธีอื่นมาก

เปรียบเทียบ 5 วิธี ตรวจได้ถึงระดับไหน?

ตารางด้านล่างสรุปความสามารถและข้อจำกัดของแต่ละวิธี เพื่อใช้ประกอบการวางขอบเขตงานตรวจสอบ

← เลื่อนดูตารางทั้งหมด →

วิธี	ตรวจได้ถึงระดับใด	ข้อดี	ข้อจำกัด	แนวทางอ้างอิง
VT ตรวจด้วยสายตา	ผิวรอยเชื่อมเท่านั้น	เร็ว ต้นทุนต่ำ ทำได้ทุกรอยเชื่อม	ไม่เห็นสิ่งที่อยู่ใต้ผิวเลย	AWS D1.1
PT สารแทรกซึม	รอยที่เปิดถึงผิว	ใช้กับวัสดุที่ไม่เป็นแม่เหล็กได้ อุปกรณ์เรียบง่าย	ผิวต้องสะอาดมาก รอยที่ถูกปิดตรวจไม่พบ	ASTM E165 / E1417
MT ผงแม่เหล็ก	ผิวและใต้ผิวตื้น	เร็วกว่า PT เห็นรอยใต้ผิวตื้นได้	เฉพาะวัสดุที่เป็นแม่เหล็กได้ ทิศสนามต้องขวางรอย	ASTM E709 / E1444
UT คลื่นเสียงความถี่สูง	ภายในเนื้อรอยเชื่อม	อ่านผลทันที เข้าถึงด้านเดียวได้ ไวต่อรอยแตก	ขึ้นกับทักษะผู้ตรวจสูง ต้องสอบเทียบเครื่อง	ASTM E164
RT ถ่ายภาพรังสี	ภายในเนื้อรอยเชื่อม	ได้ภาพเป็นหลักฐานถาวร เห็นโพรงและสารฝังในชัด	ต้องเข้าถึงสองด้าน ต้องกั้นพื้นที่รังสี ค่าใช้จ่ายสูง	ASTM E94 / E1032

เลือกวิธีตรวจอย่างไรให้เหมาะกับงาน?

หลักการเลือกคือถามสามคำถามตามลำดับ

1. รอยที่กังวลอยู่ลึกแค่ไหน? ถ้าเป็นรอยกัดขอบหรือรอยแตกที่ผิว ใช้ VT ร่วมกับ MT หรือ PT ก็เพียงพอ แต่ถ้าเป็นรอยเชื่อมชนแบบหลอมลึกเต็มหน้าตัดที่รับแรงดึง ต้องใช้ UT หรือ RT เพราะรอยที่สำคัญอยู่ในเนื้อ
2. วัสดุเป็นแม่เหล็กได้หรือไม่? เหล็กกล้าคาร์บอนใช้ MT ได้และมักเร็วกว่า ส่วนสเตนเลสหรืออะลูมิเนียมต้องใช้ PT แทน
3. หน้างานเข้าถึงได้แบบไหน? ถ้าเข้าได้ด้านเดียว หรือหยุดงานรอบข้างเพื่อกั้นพื้นที่รังสีไม่ได้ UT เป็นทางเลือกที่ปฏิบัติได้จริงมากกว่า RT

สำหรับรอยเชื่อมของเสาเข็มต่อท่อนซึ่งมีเงื่อนไขเฉพาะตัว ทั้งจำนวนรอยต่อที่ถี่และการเข้าถึงหน้างานที่จำกัด อ่านรายละเอียดแยกได้ที่ ตรวจรอยเชื่อมเสาเข็มสปันและไมโครไพล์ จุดอ่อนของเข็มต่อท่อน

ต้องตรวจรอยเชื่อมกี่เปอร์เซ็นต์ของงาน?

ไม่มีตัวเลขสากลที่ใช้ได้กับทุกงาน ขอบเขตการตรวจต้องระบุไว้ในเอกสารสัญญาและข้อกำหนดของโครงการ โดย AWS D1.1 ซึ่งเป็นมาตรฐานงานเชื่อมโครงสร้างเหล็กที่ถูกอ้างถึงบ่อยที่สุด กำหนดให้เอกสารสัญญาเป็นตัวระบุว่าจะตรวจรอยเชื่อมใด ด้วยวิธีใด และในสัดส่วนเท่าไหร่

สิ่งที่ควรเขียนให้ครบในข้อกำหนดมีสี่อย่าง คือ ประเภทรอยเชื่อมที่ต้องตรวจ วิธีที่ใช้กับแต่ละประเภท สัดส่วนหรือจำนวนจุดที่ตรวจ และเกณฑ์ยอมรับที่จะใช้ตัดสิน ถ้าขาดข้อใดข้อหนึ่ง จะเกิดข้อโต้แย้งตอนส่งมอบงานได้ง่าย เพราะแต่ละฝ่ายจะตีความคนละแบบ

ในทางปฏิบัติ รอยเชื่อมที่รับแรงดึงเต็มหน้าตัด และโครงสร้างที่รับแรงกระทำซ้ำ มักถูกกำหนดให้ตรวจในสัดส่วนที่สูงกว่ารอยเชื่อมทั่วไป เพราะผลของความบกพร่องรุนแรงกว่า

ผู้ตรวจสอบรอยเชื่อมต้องมีคุณสมบัติอะไร?

ผลตรวจจะเชื่อถือได้ก็ต่อเมื่อคนตรวจมีคุณสมบัติ วิธีตรวจมีเอกสารรองรับ และเครื่องมือผ่านการสอบเทียบ สามอย่างนี้ต้องมีครบ ขาดข้อใดข้อหนึ่งรายงานก็ใช้อ้างอิงไม่ได้

• คุณสมบัติผู้ตรวจ — แนวทางที่ใช้กันแพร่หลายคือ ASNT SNT-TC-1A ซึ่งแบ่งเป็นระดับ I II และ III โดยผู้ตรวจระดับ II ขึ้นไปจึงจะตัดสินผลได้ ระดับ I ทำได้เฉพาะการตรวจภายใต้การกำกับ
• เอกสารวิธีการตรวจ — ต้องมีเอกสารระบุพารามิเตอร์การตรวจที่ผ่านการอนุมัติก่อนเริ่มงาน ไม่ใช่ตรวจตามความเคยชินของแต่ละคน
• การสอบเทียบเครื่องมือ — เครื่อง UT ต้องสอบเทียบกับบล็อกอ้างอิงตามรอบที่กำหนด และแนบหลักฐานไว้ในรายงาน
• รายงานที่ตรวจสอบย้อนกลับได้ — ระบุตำแหน่งรอยเชื่อมที่ตรวจ วิธีที่ใช้ เครื่องมือ ผู้ตรวจ วันที่ และเกณฑ์ที่ใช้ตัดสิน

ในภาพรวมของการตรวจสอบอาคาร งานตรวจรอยเชื่อมเป็นการทดสอบเชิงวิศวกรรมที่แยกจากงานตรวจสอบอาคารตามกฎหมาย ความต่างของสองเรื่องนี้อธิบายไว้ที่ ผู้ตรวจสอบอาคาร 9 ประเภท กับการทดสอบโครงสร้าง ต่างกันอย่างไร ส่วนกรณีที่ต้องยืนยันกำลังรับน้ำหนักของโครงสร้างที่สร้างเสร็จแล้วด้วยน้ำหนักจริง ดูได้ที่ Load Test สะพาน ทดสอบกำลังรับน้ำหนักโครงสร้างพิเศษ

สรุป

การเลือกวิธีตรวจรอยเชื่อมโครงสร้างเหล็กไม่ได้เริ่มจากคำถามว่าวิธีไหนดีที่สุด แต่เริ่มจากคำถามว่ารอยที่กังวลอยู่ลึกแค่ไหน VT และ PT ตอบเรื่องผิว MT ตอบเรื่องผิวและใต้ผิวตื้น ส่วน UT กับ RT เท่านั้นที่ตอบเรื่องภายในเนื้อรอยเชื่อมได้ จากนั้นจึงค่อยพิจารณาชนิดวัสดุและเงื่อนไขการเข้าถึงหน้างานเป็นตัวตัดสินสุดท้าย

ที่สำคัญไม่แพ้กันคือ ขอบเขตการตรวจและเกณฑ์ยอมรับต้องเขียนไว้ในสัญญาให้ชัดตั้งแต่ต้น และผู้ตรวจต้องมีคุณสมบัติตามแนวทางที่โครงการกำหนด มิฉะนั้นผลตรวจจะกลายเป็นเอกสารที่ใช้ตัดสินอะไรไม่ได้เมื่อเกิดข้อโต้แย้ง