หล่อ Babbitt คืออะไร แล้วอะไรคือหล่อเหวี่ยง ?

 รับหล่อ Babbitt รับประกันคุณภาพ มีบริการตรวจ Unbond I Venture Engineering I VECO

“Babbitting หรือการทำ Babbitt คือขั้นตอนการทำให้โลหะอ่อน (White metal) เกาะติดกับเปลือกโลหะที่มีความแข็งมากกว่าด้วยวิธีทางเคมีหรือทางกลก็ได้ ทั้งนี้เพื่อนำเปลือกโลหะที่มีผิวด้านในเป็นโลหะอ่อนนี้ไปใช้กับชิ้นงานที่มีการหมุนที่มีรอบสูง, สไลด์ หรือ ขยับถี่ๆ เพื่อรับน้ำหนักและการหมุนของชิ้นงาน”

Babbitt Bearing คืออะไร ?

Babbitt คืออัลลอยที่มีลักษณะเป็นสีขาว ส่วนประกอบหลักมาจากดีบุกและตะกั่ว

Babbitt Bearing นั้นถูกนำมาใช้ในหลากหลายอุตสาหกรรม เช่น ปั๊ม มอเตอร์ พัดลม และ ใบพัด

การใช้งานของ Babbitt Bearing นั้นจะเป็นการใช้ในการรับน้ำหนักเพลาที่ใช้งานที่รอบสูงมาก โดย Bearing ชนิดนี้จะช่วยทำให้ลดความเสี่ยงที่จะทำให้ผิวของเพลาเสียหายเมื่อเครื่องจักรทำงานผิดพลาด

ข้อดีของการใช้ Babbitt Bearing นั้นแบ่งเป็น 2 ข้อด้วยกัน

  1. วัสดุ Babbitt นี้เป็นอัลลอยที่มีผิวอ่อนและมีจุดหลอมเหลวที่ต่ำ เมื่อมีสิ่งแปลกปลอมปะปนเข้าไปในระบบหล่อลื่น Babbitt Bearing ที่เป็นวัสดุที่อ่อนกว่า จะสึกและเสียหายแทน จึงทำให้เพลาที่มีมูลค่าสูงกว่า ไม่ได้รับความเสียหาย
  2. เนื่องจากว่า Babbitt Bearing นั้นไม่ได้สัมผัสกับผิวงานโดยตรง แบริ่งชนิดนี้จึงไม่ได้มีหน้าที่แค่ช่วยรับน้ำหนักของงาน แต่ยังช่วยป้องกันความเสียหายที่เกิดจากแรงเสียดทานระหว่าง Babbitt Bearing กับผิวงานด้วย ด้วยเหตุนี้ Babbitt Bearing จึงมีอายุใช้งานที่ยาวนาน โดยไม่ต้องได้รับการบำรุงรักษามาก

Babbitt Bearing ทำงานอย่างไร ?

การทำงานของ Babbitt Bearing นั้นมีทฤษฎีคล้ายแบริ่งธรรมดาทั่วไป ซึ่งปกติแล้วในการที่แบริ่งจะทำงานได้ดี แรงเสียดทานระหว่างแบริ่งและชิ้นงานควรจะมีค่าน้อยที่สุด เพื่อที่ชิ้นงานจะได้หมุนได้ดี ซึ่งคุณสมบัตินี้สามารถหาได้จาก Babbitt Bearing

สำหรับ Babbitt Bearing แรงเสียดทานจะมีค่าน้อยมากจาก 2 เหตุผล

  1.  วัสดุ Babbitt นั้นให้แรงเสียดทานที่ต่ำมากด้วยตัวของมันเองอยู่แล้ว แม้กระทั่งตอนที่ไม่มีสารหล่อลื่น Babbitt Bearing ก็ยังมีแรงเสียดทานที่ต่ำมากอยู่ดีเมื่อเทียบกับโลหะธรรมดาทั่วไป
  2. เมื่อ Babbitt Bearing นั้นได้รับสารหล่อลื่นเข้าไปในระบบ แรงเสียดทานจะยิ่งต่ำลงไปอีก ต่ำกว่า Ball Bearing ปกติทั่วไปเป็นอย่างมาก

แต่การที่จะทำให้ Babbitt Bearing ทำงานได้ดี จำเป็นต้องมีการเติมสารหล่อลื่นในจำนวนที่เหมาะสมเมื่อสารหล่อลื่นเข้าไปในระบบ เพลาจะหมุนดึงเอาสารหล่อลื่นเข้าไปรอบตัวเองและสร้างฟิล์มน้ำมันบางๆระหว่าง Babbitt Bearing และเพลา ซึ่งจะยกให้เพลาลอยตัว

ยกตัวอย่างเช่น เมื่อเพลาหยุดนิ่งไม่มีการหมุน น้ำหนักของตัวเพลาจะตกลงที่ Babbitt Bearing โดยตรง โดยที่สารน้ำมันจะยังคงสัมผัสกับเพลาอยู่ในทุกๆจุด เมื่อเพลาหมุน น้ำมันที่กระจายตัวอยู่รอบๆเพลาจะโดนดึงลงไปใต้เพลาเพื่อสร้างแผ่นฟิล์มน้ำมันที่ช่วยให้เพลาลอยตัวอยู่เหนือแบริ่ง ซึ่งจะทำให้เพลาจะไม่มีการสัมผัสแบริ่งเลยในระหว่างการทำงาน

ความเสียหายที่พบเจอจากการใช้งาน Babbitt Bearing

  1.  เนื่องจาก Babbitt นั้นมีผิวที่อ่อน สิ่งปนเปื้อนเพียงเล็กน้อยสามารถเป็นเหตุผลของความเสียหายที่เกิดกับ Babbitt Bearing ได้ เพราะฉะนั้นแบริ่งนั้นมีแนวโน้มที่จะเกิดความเสียหายที่เกิดจากการติดตั้งได้
  2.  การใช้งาน Babbitt Bearing ในสภาวะที่มีการกระแทก (Dynamic loading) ติดต่อกันเป็นเวลานาน ทำให้ Babbitt เกิดรอยแตกและลอกออก เกิดเป็นช่องว่าง
  3. เป็นปัญหาที่เกิดขึ้นบ่อยระหว่างการ Startup หรือ Shutdown เกิดจากการใช้ Babbitt Bearing กับชิ้นงานที่มีรอบต่ำ ในการที่จะใช้งาน Babbitt Bearing ให้ถูกวิธี เพลาชิ้นงานควรที่จะหมุนเพื่อให้ได้รอบที่กำหนด เพื่อที่จะดึงเอาน้ำมันเข้ามาหมุนในระบบหล่อลื่นเพื่อให้น้ำมันสร้างแผ่นฟิล์มบางๆกั้นระหว่างแบริ่งกับชิ้นงาน เพื่อปกป้องชิ้นงานและไล่สิ่งสกปรกออกจากระบบ
การหล่อ Babbitt

การทำ Babbitt นั้นสามารถทำได้ 3 วิธีหลักๆ

  1. Static Casting

Static Casting เป็นการหล่อแบบที่ชิ้นงานอยู่กับที่ โดยจะทำการหล่อโดยเริ่มจากการหลอมวัสดุBabbitt ให้ไก้อุณหภูมิ จากนั้นนำมาเทลงในแบบหล่อ วิธีนี้เหมาะกับงานที่มีผิวเป็นระนาบและสำหรับ Journal Bearing เหตุผลที่การหล่อแบบ Static นั้นเหมาะกับการหล่อ Journal Bearing นั้นก็เพราะว่า Journal Bearing ส่วนมากจะมีรูปร่างที่ไม่กลมแบบสมบูรณ์ ทำให้การหล่อเหวี่ยงนั้นเป็นไปได้ยากเนื่องจากต้องมี Jig ในการจับงานที่ซับซ้อนและต้องใช้เครื่องมือเยอะในการทำแบบนี้ซึ่งทำให้เสียเวลาและเปลืองต้นทุน อย่างไรก็ตาม วิธีการหล่อแบบ Static นั้นมีโอกาสเกิดรูพรุนในเนื้อสูง การยึดติดดีไม่เท่าการหล่อเหวี่ยง และมีโอกาสเกิดการ Unbond ได้อีกด้วย จึงเป็นวิธีการหล่อที่ไม่เหมาะกับการใช้งานที่รอบสูงๆ

2. Centrifugal Casting

Centrifugal Casting หรือการหล่อเหวี่ยงหนีศูนย์ วิธีนี้จะเริ่มต้นด้วยการทำให้ชิ้นงานหมุนรอบตัวเองที่ความเร็วที่เหมาะสม จากนั้นจะทำการเทวัสดุ Babbitt ลงไปที่ชิ้นงานขณะหมุน วิธีนี้ถูกนำมาใช้ในงานที่ต้องการให้เนื้อ Babbitt มีความหนาระดับปานกลางถึงหนามาก เนื่องจากการหล่อเหวี่ยงนี้จะไม่มีรูพรุน และไม่มีการ Unbond การหล่อเหวี่ยงนี้เป็นวิธีการหล่อที่ให้ Bond Strength สูงที่สุดมากกว่าวิธีอื่นๆ วิธีนี้จึงเหมาะกับการใช้ในงานที่ใช้งานในรอบสูง เช่น Bearing ใน Turbine, Motor, Pump, Generator ซึ่งการหล่อเหวี่ยงนี้เป็นวิธีที่ผู้ผลิต OEM ส่วนมากเลือกใช้ ข้อเสียของการหล่อเหวี่ยงคือ การหล่อแบบนี้ต้องมีอุปกรณ์และเครื่องมือเฉพาะทาง และผู้ทำต้องมีความเชี่ยวชาญในการทำงานเป็นพิเศษ

3. Metal Spray Babbitting

การทำ Babbitt โดยการพ่นพอกนั้น ผู้ทำต้องมีเครื่องมือและอุปกณ์พิเศษในการพ่นลวด Babbitt ได้ การทำ Babbitt Bearing โดยการพ่นพอกนั้นทำได้โดยการพ่นวัสดุ Babbitt  ที่ละลายแล้วลงบนพื้นผิวของชิ้นงาน การทำ Babbitting โดยการพ่นพอกนั้นให้การเติมเนื้อที่ช้าและที่สำคัญเป็นวิธีที่ให้ค่าความยึดติด (Bond Strength) ต่ำกว่าทุกๆวิธี อย่างไรก็ตามถึงการเติมเนื้อโดยการพ่นพอกจะช้ากว่าการหล่อ แต่การเตรียมการนั้นสะดวกกว่าการหล่ออยู่มากเนื่องจากไม่ต้องทำแบบหล่อ และมีความคล่องตัวสูง เพราะฉนั้นจึงเหมาะกับงาน On-Site หรืองานที่มีความเร่งรีบมากกว่า นอกจากนี้การทำ Babbitt โดยวิธีการพ่นพอกนี้เคยมีคนทำความหนาได้มากถึง 26 mm เลยทีเดียว

การตรวจสอบคุณภาพ (Bond Quality)

ค่าความยึดติดหรือ Bond Strength นั้นถือว่าเป็นค่าที่สำคัญที่สุดในการทำ Babbitt Bearing การยึดติดที่ไม่สมบูรณ์สามารถทำให้ชิ้นงานเสียหายซึ่งผลลัพธ์ที่ตามมานั้นอาจะทำให้เสียเงินเป็นอย่างมาก ไม่ว่าจะเป็นการหยุดการผลิต หรือการซ่อมแซมจุดที่เสียหาย

Babbitt Bearing ชนิดเปลือกเหล็กที่ดีนั้นควรที่จะมีค่า Tensile Bond Strength เกิน 60 MPa (8700 psi) และในสำหรับ Babbitt Bearing ที่มีเปลือกเป็นทองแดง ควรจะมีค่าเกิน 40 MPa (5800 psi) 

การวัดค่าความยึดติด (Bond Strength) นั้นสามารถทำได้ 2 วิธีด้วยกัน

  1. การทดสอบแบบทำลาย (Destructuve Test) เพื่อวิเคราะห์ค่า Tensile Strength และค่าความเหนียว (Ductility)
  2. การทดสอบแบบไม่ทำลาย (Non-Destructive Test) ซึ่งทำได้ 2 วิธีการด้วยกัน
    • การทดสอบด้วยสารแทรกซึม (PT Test) วิธีนี้นิยมใช้เพื่อตรวจสอบการแยกตัวกันระหว่างเนื้อวัสดุเดิมและเนื้อ Babbitt ที่หล่อทับแต่ไม่สามารถตรวจหาการ Unbond ที่อยู่ภายใต้ผิว Babbitt ได้
    • วิธีที่สองคือการทดสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (UT Test) โดยการใช้คลื่นอัลตร้าโซนิค (Ultrasonic-Test) ต้องถูกกระทำโดยบุคลกรที่ผ่านการฝึกอบรมและผ่านการทดสอบมา การทำ UT Test นี้ไม่ได้ตรวจสอบค่าความแข็งแรงของผิว Babbitt แต่อย่างใด แต่ช่วยในการค้นหาจุดที่มีการ Unbond และ Defect ได้

อย่างไรก็ตาม การทำ UT Test นี้ไม่สามารถตรวจหาการ Unbond ในการพ่นพอกได้เนื่องจากว่าเนื้อพ่นพอกนั้นมีรูพรุนสูง ทำให้ไม่สามารถวิเคราะห์ผลได้นั้นเอง

สรุป

เรื่องคุณภาพ: สิ่งที่สำคัญคือ ปริมาณรูพรุน ความแน่น การยึดเกาะ ที่เนื้อของ Babbitt

โดยวิธีการหล่อที่ให้ผลที่ดีที่สุดคือการหล่อเหวี่ยงหนีศูนย์ (Centrifugal Casting) ซึ่งเป็นวิธีที่ไม่เกิดการ Unbond เลย ซึ่งวิธีนี้แหละเป็นวิธีที่ผู้ผลิต OEM เลือกใช้กัน

เรื่องวัสดุ Babbitt: วัสดุในการหล่อนั้นสามารถเลือกได้หลากหลายเกรด สามารถเลือกให้ตรงกับทางผู้ผลิต OEM ได้เลย โดยวัสดุ Babbitt นั้นจะถูกกำหนดด้วยมาตรฐาน เช่น ASTM B23, JIS, DIN เป็นต้น

ในกรณีที่เป็นงานพ่นพอก วัสดุ Babbitt นั้นจะมีให้เลือกเพียงแค่เกรดเดียว

เวลาใช้ในการทำงาน: การทำ Babbitting โดยวิธีการพ่นพอกนั้นจะใช้เวลาการทำงานที่ต่ำที่สุด เนื่องจากไม่จำเป็นต้องทำแบบหล่อหรืออุปกรณ์จับยึด การพ่นพอกนี้สามารถเตรียมผิวและพ่นได้เลย

การตรวจสอบคุณภาพ: การตรวจสอบคุณภาพนั้นแบ่งออกเป็น 2 แบบ คือ

  1. การตรวจสอบแบบทำลาย (Destructive Test) วิธีนี้จำเป็นที่จำเป็นต้องมีการทำลายชิิ้นงานตัวอย่าง ซึ่งวิธีนี้สามารถตรวจสอบได้หลายค่า เช่น ค่า Bond Strength, Tensile Strength และ Ductility
  2. การตรวจสอบแบบไม่ทำลาย (Non-Destructive Test) วิธีนี้ไม่จำเป็นต้องทำลายชิ้นงานทดสอบ ซึ่งสามารถแบ่งได้อีก 2 กระบวนการที่นำมาใช้กับการตรวจสอบคุณภาพ Babbit คือ
    1. การทดสอบโดยใช้สารแทรกซึม (Liquid Penetrant Test) หรือเรียกสั้นๆว่า PT วิธีนี้มีข้อจำกัดตรงที่สามารถใช้ได้แค่กับการตรวจสอบการแยกตัวระหว่างรอยต่อของเนื้อ Babbitt กับชิ้นงานได้เท่านั้น ซึ่งวิธีนี้ไม่สามารถใช้กับงานพ่นพอกได้เลยเนื่องจากงานพ่นพอกมีรูพรรุนสูง
    2. การทดสอบโดยการใช้คลื่นเสียงความถี่สูง (Ultrasonic Test) หรือที่เรียกว่า UT วิธีนี้สามารถตรวจหาจุดที่มีการ Unbond หรือ Defect ได้ จึงเป็นวิธีที่เป็นที่ยอมรับมากกว่า อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ไม่สามารถใช้กับงานพ่นพอกได้อีกเช่นเคย เนื่องจากรูพรุนเยอะ จึงไม่สามารถนำผลมาวิเคราะห์ได้