Design of Rolling Contact Fatigue Testing Machine for Performance Evaluation of Weld-Repaired Rail Head

ปัจจุบันการลงทุนเพื่อเพิ่มเส้นทางและปริมาณรองรับการขนส่งผ่านทางระบบรางของประเทศไทย มีแนวโน้มขยายตัวอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากทั้งภาครัฐบาลและเอกชน เล็งเห็นความสำคัญในการพัฒนาระบบขนส่งในประเทศ ให้มีประสิทธิภาพ มีความรวดเร็ว เชื่อถือได้ และปลอดภัย ทำให้การขยายเส้นทางใหม่และพัฒนาเส้นทางเดิมของระบบขนส่งทางรางได้มีการดำเนินการอย่างต่อเนื่อง และในอนาคตการดำเนินกิจการบำรุงรักษาระบบรางย่อมมีความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง

ศูนย์วิจัยและบริการวิศวกรรมการเชื่อม มจธ. ได้เข้าไปมีบทบาทสำคัญในการให้บริการการทดสอบเกี่ยวกับรอยเชื่อมราง ที่เกิดขึ้นทั้งก่อนและในระหว่างการก่อสร้าง หรือหลังจากการใช้งานไปแล้ว เช่น การบำรุงรักษารางด้วยการเชื่อมซ่อม ซึ่งงานทดสอบเหล่านี้ สามารถแบ่งออกได้เป็นงานทดสอบที่ต้องการการพิสูจน์คุณภาพตามมาตรฐานการก่อสร้างหรือการผลิตที่ได้กำหนดไว้ หรืองานทดสอบที่ต้องการทราบข้อมูลจากการวิเคราะห์เพื่อนำไปพัฒนาเทคนิคในการสร้างหรือการผลิตต่อไป ปริมาณงานเชื่อมต่อรางแปรผันโดยตรงกับการขยายตัวของเส้นทาง และในกรณีของการบำรุงรักษา ปริมาณงานเชื่อมซ่อมย่อมแปรผันตรงกับปริมาณการใช้งานราง ที่มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน เพื่อให้สามารถรองรับปริมาณความต้องการการทดสอบที่จะเกิดขึ้นในอนาคต

การทดสอบรอยเชื่อมซ่อมบนหัวราง จะมีการดำเนินการตามข้อกำหนด EN 15594 ซึ่งเป็นมาตรฐานที่กำหนดถึงกรรมวิธีการเตรียม การเชื่อมซ่อม และการทดสอบคุณภาพหลังการเชื่อมซ่อม อย่างไรก็ตาม ข้อกำหนดมาตรฐานดังกล่าว ไม่ได้มีข้อมูลเกี่ยวกับความสามารถในการใช้งานได้ของงานเชื่อมซ่อมในด้านต่างๆ อีกหลายด้าน เช่น ความสามารถในการรับความล้า ความสามารถในการรับภาระบรรทุกของราง ความสามารถในการรับแรงเสียดทานของล้อเนื่องจากการขับเคลื่อน และความสามารถในการต้านทานการลุกลามของรอยแตกร้าว ทุกๆ กรณีของการทดสอบ เป็นการพิสูจน์ความสามารถในการรับภาระลักษณะต่างๆ ของรอยเชื่อมซ่อมบนผิวราง ซึ่งต้องการเครื่องมือทดสอบที่ออกแบบมารองรับการพิสูจน์ความสามารถเหล่านั้นโดยเฉพาะ ผลที่ได้จากการพิสูจน์ทำให้สามารถมั่นใจถึงสมรรถนะของรอยเชื่อมซ่อม และเป็นสิ่งบ่งชี้ความสามารถในการใช้งานได้ของรอยเชื่อมซ่อมดังกล่าว

ในปีงบประมาณ 2566 ศูนย์วิจัยและบริการวิศวกรรมการเชื่อมมีเป้าหมายที่จะพัฒนาวิธีการทดสอบแบบ Rolling Contact Fatigue เพื่อทดสอบบนผิวรอยเชื่อมซ่อมของราง โดยดัดแปลงจากวิธีการทดสอบ Rolling Contact Fatigue ในรอยเชื่อมต่อรางด้วยการเพิ่มความสามารถในการตรวจจับการสึกหรอของผิวหน้ารางจากการเชื่อม ที่เชื่อว่าจะเกิดขึ้นหลังจากมีการเชื่อมซ่อมแล้ว และสมบัติของรอยเชื่อมซ่อมกับผิวเดิมของรางย่อมมีความแตกต่างกัน การทดสอบนี้จะช่วยทำให้ทราบได้ว่ารางที่ได้รับการเชื่อมซ่อมแล้วจะสามารถใช้งานได้อีกจำนวนกี่เที่ยว-ตัน และสามารถวางแผนการตรวจสอบก่อนการซ่อมได้อย่างถูกต้อง ซึ่งทำให้การดำเนินงานของหน่วยงานซ่อมบำรุงเป็นไปได้อย่างมีประสิทธิภาพและประหยัด

ขั้นตอนการดำเนินงานของงานวิจัยแบ่งออกเป็น 3 ส่วน ได้แก่ ส่วนที่ 1 การออกแบบกระบวนการเชื่อมซ่อมบนราง R350HT โดยเป็นรางที่มักใช้ในพื้นที่ที่เสี่ยงต่อการสึกหรอเช่น ทางโค้ง ทางชัน หรือย่านสถานี เพื่อให้เป็นกระบวนการเชื่อมต้นแบบสำหรับการทดสอบบนเครื่องทดสอบที่จะสร้างขึ้นใหม่ ส่วนที่ 2 ได้แก่ ส่วนการออกแบบและสร้างเครื่องทดสอบชนิด Rolling Contact Fatigue ซึ่งออกแบบสามารถสร้างภาระการทดสอบได้ตามมาตรฐานการทดสอบ AWS D15.2 และมาตรฐานอื่นๆ อย่างไรก็ตาม เพื่อให้สามารถตรวจจับการสึกหรอของรอยเชื่อมระหว่างการทดสอบได้ จึงจำเป็นต้องเพิ่มระบบการตรวจจับการสึกหรอของรอยเชื่อมในระหว่างการทดสอบด้วย ทำให้เครื่องทดสอบนี้มีความสามารถสูงกว่าเครื่องทดสอบตามมาตรฐานทั่วไป และส่วนที่ 3 ได้แก่ การทดลองทดสอบรอยเชื่อมซ่อมที่หัวรางบนเครื่องที่ได้ออกแบบไว้ ขั้นตอนนี้เป็นขั้นตอนเพื่อประเมินสมรรถนะของทั้งเครื่องทดสอบและกระบวนการเชื่อมซ่อมที่ได้ออกแบบมาก่อนแล้วด้วย

การพัฒนาเครื่องมือทดสอบเพื่อใช้เองในประเทศ ถือว่าเป็นเป้าหมายสำคัญของโครงการวิจัยนี้ ที่ผ่านมาประเทศไทยได้ใช้งบประมาณในการนำเข้าเทคโนโลยีมาโดยตลอด ด้วยปริมาณการลงทุนระบบรางที่สูงขึ้นนี้ หากยังล่าช้าต่อการพัฒนาเทคโนโลยีพื้นฐานเพื่อการวิจัยต่อยอดอื่นๆ ย่อมทำให้ไม่สามารถพึ่งพาตนเองได้อย่างยั่งยืน การเริ่มต้นกระบวนการออกแบบจะช่วยให้ทราบถึงปัญหาและการแก้ไขปัญหาที่ทำให้เกิดปัญญาในการแก้ไขปัญหาอื่นๆ ต่อไป การใช้งบประมาณจะไม่ก่อให้เกิดประโยชน์อย่างยั่งยืน หากไม่มีการสร้างภูมิปัญญาขึ้นเองและสามารถถ่ายทอดต่อไปได้ภายในประเทศ โครงการวิจัยมูลค่า 1,000,000 บาท (หนึ่งล้านบาทถ้วน) นี้ จึงเป็นการลงทุนที่คุ้มค่าต่อการพัฒนาภูมิปัญญาด้านอุตสาหกรรมระบบรางของไทย และรองรับการให้บริการวิชาการที่จะมีแนวโน้มมากขึ้น และมีความต่อเนื่องยาวนานในอนาคต