Raskaslevyjen testaaminen

Niitä käytetään pääasiassa rakennusteollisuudessa esimerkiksi siltojen, laivojen, öljynporauslauttojen, tuuliturbiinien, ja raskaiden työkoneiden kuten nostokurkien ja kaivinkoneiden rakentamiseen. Lisäksi niitä käytetään puolivalmisteina suurten öljy- ja kaasuputkien valmistuksessa.

Monissa käyttökohteissa edellytetään tiettyjen ominaisarvojen saavuttamista pitkän aikavälin turvallisen käytön varmistamiseksi. Se mitä ominaisarvoja tarvitaan, riippuu siitä, miten raskaslevyä käytetään. Tällä sivulla kuvattuja testausmenetelmiä käytetään hyvin yleisesti raskaslevyjen testauksessa. On olemassa myös muita, harvemmin käytettyjä testausmenetelmiä, joita voidaan käyttää turvallisen käytön varmistamiseksi tietyssä käyttökohteessa.

Raskaslevyt ovat teräksisiä levyjä jotka voivat olla leveydeltään jopa neljä metriä. Paksuutta niillä on vähintään 3 mm ja jopa 250 mm. Pituutta niillä voi olla jopa 20 metriä. Ne tuotetaan harkkoja käänteisesti termomekaanisesti valssaamalla. 

Vetokokeet

Raskaslevyjen vetokokeet suoritetaan yleensä kansainvälisesti tunnustettujen ja laajasti käytettyjen ISO 6892-1- ja ASTM E8 -standardien mukaisesti. ISO 6892-1 on myös eurooppalainen standardi (EN ISO 6892-1), joka on sanasta sanaan identtinen ISO-standardin kanssa, ja on samanlainen koko Euroopassa (esim. standardi SFS-EN ISO 6892-1 Suomessa). Näiden kokeiden vetokoenäytteet valmistetaan irrottamalla ne raskaslevystä siten, että näytteen paksuus vastaa mahdollisimman tarkasti levyn paksuutta. Näytteiden paksuus vastaa lähdemateriaalin paksuutta, ja niiden testaus vaatii yleensä aineenkoestuskoneen, joka kykenee hyvin suuriin kuormituksiin. Pituussuunta tai näytteen kuormitettava osa tuotetaan jyrsimällä. Alkuperäinen paksuus ja näytteen varovainen jyrsiminen ja tasoittaminen varmistavat että näyte poikkeaa lähdemateriaalistaan mahdollisimman vähän, ja omaa siksi sen kanssa samat materiaaliominaisuudet. 

Laaja valikoima testausratkaisuita

ZwickRoell tarjoaa kattavan valikoiman vakiomuotoisia ja mukautettuja testausjärjestelmiä aina 2500 kN voimiin saakka. Nämä testausjärjestelmät kykenevät materiaaliominaisuuksien erittäin tarkkaan määrittämiseen standardien mukaisesti. ZwickRoell:n yhdensuuntaisesti sulkeutuvat hydrauliset kiinnittimet varmistavat virheettömän kiinnityksen ja näytteiden asemoinnin koko testin ajan varmistamalla, ettei näyte pääse lipsumaan tai liukumaan. 

Venymän mittaaminen standardinmukaisesti.

Useimmissa tilanteissa standardinmukainen venymän mittaus suoritetaan automaattisilla koskettavilla tai optisilla (ei-koskettavilla) ekstensometreillä. ZwickRoell:n makroXtens on perinteinen ja käytössä koeteltu ratkaisu raskaslevyjen testaamiseen. Mekaanisen rakenteensa ansiosta makroXtens kykenee suuren erottelukyvyn ja korkean tarkkuuden mittauksiin, ja tukevuutensa ansiosta se pärjää vaativissakin olosuhteissa. Sen vankka mekaaninen rakenne mahdollistaa jatkuvan venymän mittaamisen aina näytteen murtumiseen saakka. Venymän automaattinen mittaaminen on mahdollista ilman työlästä, käsityönä tehtävää merkintöjen tekemistä ja mittaamista, tai näytteenosien lajittelua testaustapahtuman jälkeen. 

Venymän mittaaminen aina murtumishetkeen saakka

laserXtens on innovatiivinen ratkaisu venymän mittaamiseen aina murtumispisteeseen saakka. Se täyttää ja ylittää standardien raskaslevyille asettamat vaatimukset (ISO 6892-1, ASTM E8, ISO 9513, ja ASTM E83). laserXtens ei vaadi merkintöjen tekemistä näytteeseen, vaan se luo laservaloa käyttäen näytteen pinnalle oman virtuaaliset merkintänsä. Näiden virtuaalisten optisten merkintöjen arviointi tapahtuu niin, että edes hilse tai sen aiheuttama satunnainen pintasäröily ei häiritse mittausta. 
Vuodesta 2009 lähtien standardit ISO 6892-1 ja ASTM E8 ovat sallineet testausnopeuden automaattisen ohjauksen venymän muutoksen perusteella. Standardin venymän ohjaukselle asettamat sietorajat voidaan helposti saavuttaa joko makroXtens- tai laserXtens-ekstensometrillä (tämä koskee erityisesti venymäohjausta suljetulla ohjaussilmukalla). 

Kovuuden mittaaminen

Raskaslevyjen kovuusmittauksia suoritetaan useilla eri tavoilla. Käyttökohteesta riippuen kovuusmittaukset suoritetaan jonkin seuraavista standardeista mukaisesti: ISO 6506-1, (Brinell), ISO 6507-1 (Vickers), ISO 6508-1 (Rockwell), ASTM E10 (Brinell), ASTM E384 (Vickers ja Knoop), sekä ASTM E18 (Rockwell). Tietyissä sovelluskohteissa käytetään myös muita menetelmiä ja standardeja, kuten esimerkiksi eurooppalainen ilmailuteollisuuden EN 2002-7 -standardi. QEM-menetelmiä (esim. 3MA-menetelmä) käytetään suurten pintojen pintaa rikkomattomaan testaamiseen. Ne kuvataan VDI:n toimintaohjeessa VDI/VDE 2616-1 (Hardness Testing of Metallic Materials). 

Keskimääräisen kovuusarvon määrittäminen 

Vielä yksi kovuusmittauksien käyttökohde on keskimääräisen kovuuden määrittäminen ja testaus valssauksen jälkeen. Valssaus on termomekaaninen prosessi, jossa on myös mekaanisia piirteitä, kuten leveyden ja paksuuden säätö. Näiden välillä epätasaisten rakenteiden keskimääräisten kovuusarvojen määrittämiseen käytetään suurempien voimien kovuusmittauksia. Suositeltuja menetelmiä ovat Brinell- ja Rockwell-kovuusmittaus. Testatessa raskaslevyjä käytetään usein myös kannettavia kovuusmittareita. Niitä voidaan käyttää suoraan paikan päällä alkuperäisen tuotteen mittaamiseen. Raskaslevyistä irrotetaan paloja paikallaan tapahtuvia kovuusmittauksia varten. Irrotettuja paloja voidaan käyttää joko suoraan kovuusmittauksiin, tai ne voidaan jakaa edelleen pienemmiksi näytteiksi ja käsitellä testausta varten. 

Metallografisten rakenneosien pienrakenteen selvittäminen kovuusmittauksilla

Toinen näkökulma kovuusmittauksiin on, että niiden avulla on mahdollista selvittää materiaalin metallografisten rakenneosien raerakenne. Johtuen metallografisten rakenneosien hyvin pienestä koosta, testaamisessa käytetään pienen tai hyvin pienen voiman kovuusmittareita. Yleisesti ottaen tämä tarkoittaa paikallaan pysyviä mikrokovuusmittareita, joiden painumasyvyyttä ja -kokoa voidaan säätää käytetyn voiman avulla vastaamaan metallografisia rakenteiden kokoa. 
ZwickRoell:n tuotevalikoimasta löydät kovuusmittarit ja kovuusmittauslaitteet kaikille testausmenetelmille. ZwickRoell:n kovuusmittarit ja kovuusmittauslaitteet täyttävät kaikkien tavallisimpien kansainvälisten standardien vaatimukset, ja ne voidaan myös kalibroida kansainvälisten standardien mukaisesti. ZwickRoell on myös kalibrointilaboratorio, joka on akkreditoitu kovuusmittarien kalibroimiseen Saksan kansallisen akkreditointitoimisto DAkkS:in toimesta.

Charpy-iskulujuuskoe

Aineen lovi-iskulujuus on tärkeä ominaisuus esimerkiksi öljy- ja kaasuputkien rakentamisessa sekä laivanrakennuksessa. Lovi-iskulujuus voidaan määrittää Charpy-näytteille iskuvasaralla tehtävillä kokeilla. Tämä testausmenetelmä on määritelty ja kuvattu kansainvälisessä ISO 148-1 -standardissa sekä ASTM E23 -standardissa. ISO-standardi vastaa eurooppalaista EN ISO 148-1 -standardia. Charpy-iskulujuuskokeessa lovetettu vakiomuotoinen näyte syötetään käsin, näytteensyöttölaitteella tai automaattisen robotiikan avulla, ja sitä isketään 750 J:n voimalla. Testaus suoritetaan huoneenlämpötilassa, mutta kokeita voidaan suorittaa myös matalissa lämpötiloissa siirtymälämpötilan määrittämiseksi. ZwickRoell toimittaa lämpöhauteita näytteen oikean lämpötilan saavuttamiseksi aina -70 °C asti, sekä lämpökäsittelylaitteita joilla päästään aina -180 °C asti. Konedirektiivi asettaa iskuvasaroiden käytölle hyvin tiukat suojavaatimukset, jotka ZwickRoell:n turvarakenne ja laitteen muut turvaominaisuudet täyttävät erinomaisesti.

Murtumissitkeyden testaaminen

Metallisten materiaalien murtumissitkeyden (KIc) testaaminen on tärkeää turvallisuuden näkökulmasta. Tätä tietoa tarvitaan esimerkiksi lentokoneiden, voimalaitosten ja autojen valmistuksessa. Murtumissitkeys määritellään käyttäen näytettä, johon on luotu keinotekoinen alkumurtuma. Alkumurtuma saadaan yleensä aikaan lovettamalla näyte, jonka jälkeen sitä tärisytetään kunnes haluttu murtuman pituus on saavutettu. Tämän jälkeen näytettä kuormitetaan lähes staattisesti murtumiseen saakka. Murtumasitkeys voidaan määrittää voima-muodonmuutos -käyrän ja murtuman pituuden perusteella. Testin yksityiskohdat on kuvattu standardissa ASTM E 399. Muita aiheeseen liittyviä standardeja ovat ASTM E813, E1152 ja E1290.

 Kaksivaiheinen koe KIc:n määrittämiseen

KIc:n määrittämiseen tarkoitettu kaksivaiheinen koe voidaan suorittaa tehokkaasti ZwickRoell:n korkeataajuuspulsaattoreilla ja toinen vaihe ZwickRoell:n aineenkoestuskoneilla. Näytteen alkumurtuma saadaan aikaan mekaanisesti lovettamalla, mitä seuraa syklinen kuormittaminen. Korkeataajuuspulsaattorin suuri taajuus mahdollistaa näytteiden nopean esivaurioittamisen ja tarkan ja nopean murtuman luonnin. Prosessi on myös hyvin toistettava, koska resonanssitaajuus mukautuu herkästi murtuman syntymiseen.

Kompakti vetonäyte (CT-näyte)

CT (engl. compact tension) -näyte on näissä kokeissa tavallisimmin käytetty näytteen muoto. Kuormitus kohdistetaan näytteen koloihin asetettujen tappien avulla, jotka tuottavat sekamuotoisen veto- ja taivutuskuormituksen.

SENB-näytteet

CT-näytteiden lisäksi käytetään myös ns. SENB-näytteitä (engl. single-edge notched bending). Vaikka SENB-näytteen testaamiseen käytetty taivutuskoe on yksinkertaisempi kuin CT-näytteen testaamiseen käytetty koe, edellyttää se kuitenkin myös merkittävästi suurempaa näytettä. Tämän voi helposti huomata kuvista.

Automaattiset testausjärjestelmät

Raskaiden näytteiden turvallinen, tarkka ja luotettava käsittely on vetokokeiden suorittajille haastavaa. ZwickRoell:n automaattiset testausjärjestelmät auttavat näiden tavoitteiden saavuttamisessa. Käyttäjän työ helpottuu, turvallisuus paranee, käyttäjävirheen mahdollisuus minimoituu ja tulosten luotettavuus kasvaa. ZwickRoell:n automatisointiratkaisussa testaamista odottavat näytteet ladotaan manuaalisesti näytemakasiineihin. Tästä eteenpäin vetokoe suoritetaan automaattisesti, pitäen sisällään myös näytteiden osien lajittelun kun sitä tarvitaan. Automaattiseen testaustapahtumaan voidaan integroida myös uusia mittaus- ja testauslaitteita tarpeen mukaan. Erityisesti ZwickRoell:n poikkipinta-alan mittauslaite neljällä itsenäisesti toimivalla ja automaattisella mittausanturilla auttaa varmistamaan tarkan ja standardinmukaisen poikkipinta-alan määrityksen.
Ylös