Galvanic corrosion MO Memoir : Friday 7 June 2556

สิ่งหนึ่งที่ได้เรียนมาจากวิศวกรรุ่นพี่ตอนทำงานวางท่อคือ ไม่ควรให้โลหะต่างชนิดกันสัมผัสกัน (หมายความถึงมีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากัน) เพราะจะทำให้เกิดการสึกกร่อนได้
 

การสึกกร่อนที่เกิดขึ้นจากการที่โลหะต่างชนิดกันมีการเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้านั้นเรียกว่า galvanic corrosion วิธีการนี้เป็นวิธีการหนึ่งในการป้องกันไม่ให้โครงสร้างเกิดสนิม เช่นการใช้โลหะอะลูมิเนียมเป็นตัวสึกกร่อนแทนเหล็กที่เป็นตัวโครงสร้างหลักของสิ่งก่อสร้างต่าง ๆ (เช่นสะพาน ท่อ ลำตัวเรือ)
  

ในงานวางท่อในโรงงานนั้นมีการใช้ท่อที่ทำจากโลหะแตกต่างกันหลายชนิด ท่อโลหะหลัก ๆ ที่ใช้กันก็คือท่อเหล็กกล้าคาร์บอนและท่อเหล็กกล้าไร้สนิม และในบางครั้งก็ต้องมีการเดินระบบท่อที่มีการเปลี่ยนเกรดโลหะจากโลหะชนิดหนึ่งไปเป็นโลหะอีกชนิดหนึ่ง เช่นการเปลี่ยนจากท่อเหล็กกล้าไร้สนิมไปเป็นท่อเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา ที่เคยเจอนั้นตรงรอยต่อตรงนี้จะต่อกันด้วยหน้าแปลน (flange) แต่หน้าแปลนตรงนี้ที่เชื่อมต่อท่อที่ทำจากโลหะต่างชนิดเดียวกันจะแตกต่างไปจากหน้าแปลนที่เชื่อมต่อท่อที่ทำจากโลหะชนิดเดียวกันคือ หน้าแปลนตรงนี้ที่เชื่อมต่อท่อที่ทำจากโลหะต่างชนิดเดียวกันจะมีการป้องกันไม่ให้เนื้อโลหะของท่อทั้งสองชนิดนั้นมีการเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าได้ ไม่เช่นนั้นจะเกิดปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีทำให้โลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่าผุกร่อนได้ ตัวอย่างการป้องกันไม่ให้เกิด galvanic corrosion ณ บริเวณรอยต่อระหว่างท่อโลหะสองชนิดที่ต่อกันด้วยหน้าแปลนแสดงไว้ในรูปที่ ๑ ข้างล่าง

รูปที่ ๑ ภาพตัดขวางหน้าแปลนที่เชื่อมต่อท่อที่ทำจากโลหะต่างชนิดกัน เช่นโลหะชนิดที่หนึ่งอาจเป็นเหล็กกล้าไร้สนิม โลหะชนิดที่สองอาจเป็นเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา ในการนี้จะมีการใส่ปลอกที่ทำจากวัสดุที่เป็นฉนวนไฟฟ้า (เช่นพลาสติก - สีเขียวในรูป) เข้าไปในรูที่จะทำการสอด stud bolt ทั้งนี้เพื่อป้องกันไม่ให้ stud bolt สัมผัสกับผิวโลหะของหน้าแปลนโดยตรง และก่อนที่จะทำการขันนอตนั้นจะมีการใส่แหวนรอง (washer) ที่ทำจากวัสดุที่เป็นฉนวนไฟฟ้า (เช่นพลาสติก - สีแดงในรูป) เช่นเดียวกัน เพื่อป้องกันไม่ให้นอตตัวเมียสัมผัสกับผิวหน้าแปลนโดยตรง โดยตัวปะเก็นเองนั้นต้องไม่นำไฟฟ้าผ่านจากหน้าแปลนตัวหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่งได้

รูปที่ ๒ ค่าศักย์ไฟฟ้าของโลหะชนิดต่าง ๆ เทียบกับ standard calomel electrode (SCE) ในอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นน้ำทะเลที่ไหลผ่าน นำมาจากเอกสาร Atlas Steel Technical Note No. 7 "Galvanic Corrosion" (http://www.atlassteels.co.nz/site/pages/atlas-technical-notes.php)

ส่วนที่ว่าเมื่อโลหะสองชนิดมีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าเข้าด้วยกันนั้น โลหะตัวไหนจะเป็นตัวผุกร่อนก็ดูได้จากค่าศักย์ไฟฟ้าที่แสดงในรูปที่ ๒ โลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่าจะเป็นตัวผุกร่อน จากรูปที่ ๒ จะเห็นได้ว่าถ้าเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดามีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากับเหล็กกล้าไร้สนิม (ที่ใช้กันมากคือเบอร์ 304 รองลงไปคือเบอร์ 316) เหล็กกล้าคาร์บอนธรรดาจะเป็นตัวผุกร่อน
 

การสัมผัสกันระหว่างเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดาและเหล็กกล้าไร้สนิมของระบบท่อในโรงงานยังเกิดขึ้นที่โครงสร้างที่รองรับหรือยึดตัวท่อด้วย (ระบบ pipe support) เพราะตัวโครงสร้างหรืออุปกรณ์ยึดมักทำจากเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา ดังนั้นเพื่อป้องกันไม่ให้ตัวโครงสร้างและระบบยึดเหล่านี้เกิดการผุกร่อน ก็ต้องป้องกันไม่ให้โครงสร้างและอุปกรณ์เหล่านี้มีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากับท่อเหล็กกล้าไร้สนิมโดยตรง วิธีการหนึ่งที่ใช้กันก็คือทำการรองหรือห่อหุ้มท่อเหล็กกล้าไร้สนิมตรงบริเวณที่ต้องการยึดด้วยวัสดุที่เป็นฉนวนไฟฟ้า (รูปที่ ๓)

รูปที่ ๓ ภาคตัดขวางตัวอย่างการยึดท่อเหล็กเข้ากับโครงสร้างรองรับที่ทำจากเหล็ก โดยสมมุติว่าท่อที่วางเป็นท่อเหล็กกล้าไร้สนิม (สีแดง) เพื่อป้องกันไม่ให้มีการเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าระหว่างท่อเหล็กกล้าไร้สนิมกับตัวโครงสร้างและ U-bolt (สีเขียว) ที่ใช้ยึดท่อ (พวกนี้มักจะทำจากเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดาเพราะราคาถูก) ก็ต้องมีการหุ้มห่อท่อบริเวณที่จะจับยึดเอาไว้ด้วยวัสดุที่เป็นฉนวนไฟฟ้า การทาสีป้องกันผิวเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดาก่อนจะวางท่อเหล็กกล้าไร้สนิมลงไปก็ช่วยได้ในระดับหนึ่งตราบเท่าที่ชั้นสีไม่มีความเสียหาย

แต่ใช่ว่าถ้าโลหะที่แตกต่างกันสองชนิดมีการเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าแล้ว โลหะตัวที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่าจะต้องเกิดการผุกร่อนเสมอไป ในเอกสาร Atlas Steels : Atlas tech note no. 7ได้ให้ข้อมูลว่า การที่จะเกิด galvanic corrosion ได้นั้น ต้องมีปัจจัยต่อไปนี้ ๓ ประการคือ
 

๑. โลหะทั้งสองชนิดนั้นจะต้องมีค่าศักย์ไฟฟ้าที่แตกต่างกัน (ควรมากเกินกว่า 0.2 V) ยิ่งแตกต่างกันมากก็มีโอกาสเกิดได้มากขึ้น (ดูรูปที่ ๒)

๒. โลหะทั้งสองชนิดนั้นต้องมีการสัมผัสกัน

๓. รอยต่อของโลหะต้องมีการเชื่อมต่อด้วยอิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรไลต์ในที่นี้คือสารละลายที่นำไฟฟ้าได้

สำหรับการใช้งานในโรงงานที่ระบบท่อวางอยู่กลางแจ้งหรือในสภาพการทำงานที่มีโอกาสที่ระบบท่อจะเปียกน้ำได้ การป้องกันไม่ให้มีน้ำเปียกและขังอยู่บริเวณจุดสัมผัสซึ่งจะทำให้เงื่อนไขข้อ ๓ เป็นจริงคงทำได้ยาก การป้องกันด้วยการไม่ให้เงื่อนไขข้อ ๒ เป็นจริงด้วยคั่นด้วยวัสดุที่เป็นฉนวนจะง่ายกว่า
  

ที่นึกเขียนเรื่องนี้ขึ้นมาก็เพราะเมื่อไม่กี่สัปดาห์ที่ผ่านมา เห็นบริเวณทางเดินไปยังอาคารจอดรถที่ผมจอดอยู่เป็นประจำเขามีการกั้นรั้วเพื่อป้องกันไม่ให้มีรถจักรยานและมอเตอร์ไซค์เข้ามาจอดขวางทางเดิน ที่แปลกใจก็คือครึ่งล่างของรั้วทำจากท่อเหล็กและทาสีทับไว้ ส่วนครึ่งบนทำจากท่อเหล็กกล้าไร้สนิมและไม่มีการทาสีทับ ท่อเหล็กที่ใช้ทำรั้วครึ่งบนและครึ่งล่างต่อเข้าด้วยกันด้วยการเชื่อมโลหะดังแสดงในรูปที่ ๔
 

โดยปรกติถ้าเราใช้ท่อเหล็กกล้าไร้สนิมเราก็มักจะไม่ทาสี เพราะไม่มีความจำเป็นต้องใช้สีในการป้องกันสนิม และมักต้องการแสดงพื้นผิวที่เป็นมันวาวของท่อ ถ้าต้องการทาสีทับท่อเพื่อการตกแต่งหรือด้วยเหตุผลใดก็ตาม ก็มักจะใช้ท่อเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา ดังนั้นในกรณีนี้ผมก็เลยเดาว่าโครงสร้างรั้วครึ่งล่างน่าจะทำจากท่อเหล็กกล้าธรรมดา

รูปที่ ๔ การเชื่อมเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าไร้สนิมเข้าด้วยกันและทาสีทับบริเวณรอยเชื่อม

ในกรณีนี้เหล็กกล้าไร้สนิมและเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดามีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากันโดยตรงผ่านทางรอยเชื่อม ดังนั้นจึงมีโอกาสที่ท่อเหล็กกล้าธรรมดาจะเกิดการผุกร่อนเนื่องจาก galvanic corrosion ได้ แต่ดูเหมือนว่าเขาจะป้องกันด้วยการทาสีปิดคลุมตรงบริเวณรอยเชื่อมระหว่างเหล็กกล้าธรรมดาและเหล็กกล้าไร้สนิมเอาไว้ ซึ่งเป็นการป้องกันไม่ให้มีหยดน้ำ (เช่นจากน้ำฝน) ทำหน้าที่เป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์เชื่อมต่อโลหะทั้งสองตรงบริเวณรอยเชื่อมได้ ถ้าเป็นตามนี้ปัญหาการผุกร่อนเนื่องจาก galvanic corrosion ของท่อเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดาก็คงจะไม่เกิด แต่ถ้าหากชั้นสีนี้หลุดร่อนเมื่อใด ก็คงต้องคอยตามดูกันต่อไปว่าจะเกิดอะไรขึ้น

D-Day ใครหลอกใคร (ก่อนจะเลือนหายไปจากความทรงจำ ตอนที่ ๔๗) MO Memoir : Wednesday 5 June 2556

เป็นเรื่องปรกติที่ช่วงเวลานี้ของปี สารคดีสงครามโลกครั้งที่ ๒ ที่สร้างจากฝั่งอังกฤษหรืออเมริกา มักจะกล่าวถึงวัน D-Day หรือวันยกพลขึ้นบกของกองทัพ สหรัฐอเมริกา อังกฤษ และแคนาดา ที่หาดนอร์มังดี ประเทศฝรั่งเศส ในวันอังคารที่ ๖ มิถุนายน ค.ศ. ๑๙๔๔ (พ.ศ. ๒๔๘๗)

 

เนื้อหาของสารคดีมักจะเป็นไปในทำนองเดียวกัน คือการกล่าวถึงความสำเร็จของกองทัพพันธมิตรตะวันตกในการหลอกให้กองทัพเยอรมันเชื่อว่าการยกพลขึ้นบกของจริงจะเกิดขึ้นขึ้นที่เมือง Calais ซึ่งเป็นช่วงที่แคบสุดของช่องแคบอังกฤษ ไม่ใช่ที่หาดนอร์มังดี

แต่ในหนังสือ "The German Generals Talk" ของ B.H. Liddell Hart ที่ได้สัมภาษณ์นายพลเยอรมันที่มีบทบาทสำคัญในการป้องกันแนวรบด้านตะวันตกในช่วงนั้น (จอมพล von Runstedt และนายพล Blumentritt) และจัดพิมพ์ขึ้นหลังสงครามสิ้นสุดเพียง ๓ ปี (พิมพ์ในปีค.ศ. ๑๙๔๘ หรือพ.ศ. ๒๔๙๑) ได้ให้ภาพที่แตกต่างออกไป

รูปที่ ๑ เส้นทางการเดินทัพของกองทัพสัมพันธมิตรชาติตะวันตกจากนอร์มังดีไปยังเยอรมัน รูปจากบทที่ ๑๗ Paralysis in Normandy ในหนังสือ "The German Generals talk" ของ B.H. Liddell Hart ในกรอบสีแดงข้างบนคือเมือง Calais ที่คาดว่าการยกพลขึ้นบกจะเกิดขึ้น ส่วนในกรอบสีเขียวข้างล่างคือหาดนอร์มังดีที่มีการยกพลขึ้นบกเกิดขึ้นจริง

 

เหตุผลหลักที่กองทัพพันธมิตรตะวันตกยกพลไม่ยกพลขึ้นบกในตำแหน่งทีช่องแคบอังกฤษแคบที่สุดก็เพราะคาดว่าเยอรมันเองก็ต้องเตรียมกำลังไว้หนาแน่นในบริเวณนั้น และความแข็งแกร่งของ "Atlantic wall" ที่ฝ่ายเยอรมันเองโฆษณาว่าแข็งแกร่ง แต่ถึงกระนั้นก็พยายามหลอกให้ฝ่ายเยอรมันเชื่อว่าการยกพลขึ้นบกจะเกิดที่บริเวณ Calais จริง

 

จอมพล von Runstedt ที่กำกับดูแลแนวรบด้านนี้ (เป็นโดยนาม โดยผู้มีอำนาจออกคำสั่งจริงคือฮิตเลอร์) ให้สัมภาษณ์แก่ Liddell Hart ว่า อันที่จริงกองทัพเยอรมันในแนวรบด้านตะวันตกมีเพียง ๕๙ กองพล ต้องดูแลแนวฝั่งที่ยาวถึง ๓,๐๐๐ ไมล์ จากอิตาลีตอนใต้ไปจนถึงนอร์เวย์ตอนเหนือ และส่วนใหญ่ก็เป็นกองกำลังป้องกันชายฝั่ง หรือกองพลประเภท "low grade" หรือไม่ก็มีเพียงแต่ชื่อเท่านั้น (ในขณะนั้นการรบทางแนวรบด้านตะวันออกกับรัสเซียหนักมาก กองทัพเยอรมันวางกำลังไว้รับมือกับรัสเซียถึง ๑๕๐ กองพล แนวรบด้านตะวันตกในฝรั่งเศสใช้เป็นที่พักฟื้นหน่วยทหารที่บอบช้ำมาจากการรบในแนวรบด้านตะวันออก) และความแข็งแกร่งของ "Atlantic wall" นั้นก็เป็นเพียงภาพลวงตา

 

จอมพล von Runstedt ยังกล่าวต่อไปว่า เขารู้สึกแปลกใจที่ทัพพันธมิตรชาติตะวันตกไม่ยกพลขึ้นบกที่บริเวณ Calais นี้ เพราะถ้ายกพลขึ้นบกที่นี่จะสามารถเดินทางไปถึงพรมแดนเยอรมันได้ภายใน ๔ วันเท่านั้น (แต่พอไปยกพลขึ้นบกที่นอร์มังดี กลับต้องใช้เวลาถึง ๖ เดือน)

นี่นับว่าเป็นสิ่งที่กองทัพเยอรมันหลอกทัพพันธมิตรชาติตะวันตกได้ คือหลอกว่าถ้ายกพบขึ้นบกที่แถว Calais จะพบกับการต้านทานอย่างหนักและมีการเตรียมความพร้อมอย่างดี

จากหนังสือของ Liddell Hart นั้นทำให้ทราบว่าทั้ง ฮิตเลอร์ จอมพล von Runstedt จอมพล Rommel และนายพล Blumentritt ต่างคาดการณ์เอาไว้แล้วว่าพันธมิตรชาติตะวันตกจะทำการยกพลขึ้นบกที่นอร์มังดี แต่สิ่งที่บรรดาผู้นำทัพเยอรมันคาดการณ์คือการยกพลขึ้นบกจะเกิดขึ้นที่ Calais ด้วย คือการยกพลขึ้นบกจะเกิดขึ้นที่สองแห่ง (ถูกหลอกด้วยตัวเลขจำนวนทหารอเมริกาที่ถูกส่งเข้ามาเตรียมตัวในอังกฤษ)

นี่นับว่าเป็นสิ่งที่พันธมิตรตะวันตกหลอกกองทัพเยอรมันได้ คือหลอกว่าจะมีการยกพลขึ้นบกที่ Calais อีกแห่ง ทำให้ทางกองทัพเยอรมันลังเลใจที่จะเคลื่อนกองหนุนจากทางด้านเหนือลงมาปิดกั้นการยกพลขึ้นบกทางด้านใต้

ผลจากการยกพลขึ้นบกได้สำเร็จแต่ที่สถานที่ที่ไม่เหมาะสมเท่าใดนัก ทำให้ทัพพันธมิตรชาติตะวันตกไปติดค้างอยู่บริเวณดังกล่าวร่วม ๒ เดือนกว่าที่จะทำลายกำแพงกองทัพเยอรมันที่ขวางอยู่ได้

ในฐานะที่เป็นผู้สนใจศึกษาประวัติศาสตร์สงครามโลกครั้งที่ ๒ คนหนึ่ง ตรงนี้คงต้องขอชมทหารเยอรมันว่า ตามมาตรฐานของเยอรมันแล้ว ทหารเหล่านี้อาจจัดได้ว่าเป็นทหารเกรดสอง (ตามที่จอมพล von Runstedt กล่าวไว้) หรือเป็น กองกำลังที่อยู่ระหว่างการพักฟื้น แต่ก็สามารถต้านทานกองกำลังที่เหนือกว่าทั้งด้านกำลังพล การฝึกฝน และการสนับสนุนทั้งทางบกและทางอากาศได้นานร่วม ๒ เดือน (ในขณะนั้นทัพอากาศพันธมิตรครองน่านฟ้าฝรั่งเศสแล้ว ทำให้ทัพเยอรมันประสบปัญหาในการเคลื่อนกำลังตอนกลางวัน)

และจะว่าไปแล้วสมรภูมิการรบใหญ่ในยุโรปในเดือนมิถุนายน ปีค.ศ. ๑๙๔๔ ไม่ใช่ที่นอร์มังดีในฝรั่งเศส แต่เป็นทางด้านแนวรบตะวันออกใน Belorussian (บางที่เรียกว่า White russia ซึ่งปัจจุบันคือ Belarus) ในปฏิบัติการทางทหารที่เรียกว่า "Operation Bagration" ของกองทัพรัสเซียที่กระทำต่อ Army Group Centre ของกองทัพเยอรมัน ในปฏิบัติการของทัพรัสเซียในครั้งนั้นกองทัพเยอรมันเสียทหารไปกว่า ๓๐๐,๐๐๐ นายหรือประมาณ ๓๐ กองพล ในขณะที่กองทัพพันธมิตรชาติตะวันตกเพิ่งจะหาทางออกจากบริเวณนอร์มังดีมาได้