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Pr├╝fung von Grobblechen

Grobbleche aus Stahl werden in Gro├čkonstruktionen wie Gro├čbr├╝cken, Gro├čbauten, im Schiffsbau, bei Offshore Bauten wie Bohrplattformen und Windr├Ąder, aber auch f├╝r schweres Ger├Ąt wie Krane und Bagger eingesetzt. Grobbleche sind dar├╝ber hinaus auch Halbzeuge f├╝r Gro├črohre, die ├ľl oder Gas ├╝ber weite Strecken transportieren.

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In vielen Anwendungsbereichen ist die Einhaltung von Kennwerten oder Spezifikationsgrenzen f├╝r die Sicherheit in der langj├Ąhrigen Anwendung gefordert. Je nach Verwendungszweck des Grobbleches werden mit unterschiedlichen Pr├╝fverfahren die relevanten und notwendigen Kennwerte ermittelt. Die f├╝r dieses Segment aufgef├╝hrten Pr├╝fverfahren sind f├╝r Grobbleche h├Ąufig angewandte Verfahren. In speziellen Anwendungen oder Verwendungen k├Ânnen weitere, hier nicht genannte, Pr├╝fverfahren notwendig werden, um einen sicheren und dauerhaften Betrieb zu gew├Ąhrleisten.

Grobbleche aus Stahl sind bis zu ca. vier Meter breite und mindestens drei Millimeter bis ├╝ber 250 Millimeter dicke Bleche mit einer L├Ąnge von bis zu zwanzig Metern. Die Herstellung erfolgt durch reversierendes thermomechanisches Walzen von Brammen. 

Zugversuche an Grobblech

Zugversuche an Grobblechen werden haupts├Ąchlich nach den international anerkannten und sehr verbreiteten Normen ISO 6892-1 und ASTM E 8 durchgef├╝hrt. Die Norm ISO 6892-1 ist gleichzeitig und wortgleich auch eine europ├Ąische Norm (EN ISO 6892-1) und damit auch in den Nationen der Europ├Ąischen Union g├╝ltig. (z. B. in Deutschland als DIN EN ISO 6892-1). Zugproben f├╝r diesen Zugversuch werden den Grobblechen so entnommen, dass die Blechdicke als Probendicke nach M├Âglichkeit erhalten bleibt. Die Zugproben haben entsprechend einen gro├čen Querschnitt und erfordern meistens Materialpr├╝fmaschinen in h├Âheren Lastbereichen bzw. im Gro├člastbereich. Die parallele L├Ąnge oder der sich unter Pr├╝fkraft verformende Teil der Probe wird durch Fr├Ąsen hergestellt. Die unbearbeitete Dicke und das schonende Fr├Ąsen und Schlichten der Probenbreite sorgen f├╝r ein durch die Probenvorbereitung sehr wenig ver├Ąndertes Probenmaterial und somit wenig beeinflusste Werkstoffkennwerte. 

Die ISO 6892-1 sowie die ASTM E 8 erlauben seit dem Jahre 2009, die Pr├╝fgeschwindigkeit ├╝ber die Dehngeschwindigkeit (auch als Dehnrate bezeichnet) automatisch zu steuern und zu regeln. Die in den Normen f├╝r die Dehngeschwindigkeitsregelung (insbesondere die der ÔÇ×closed loopÔÇť Dehngeschwindigkeitsregelung) geforderten Toleranzen k├Ânnen mit beiden L├Ąngen├Ąnderungsaufnehmern makroXtens und laserXtens sehr gut erf├╝llt werden.

Breites Spektrum an Pr├╝fl├Âsungen

ZwickRoell bietet f├╝r die Ermittlung der Werkstoffkennwerte aus dem Zugversuch ein breites Spektrum von serienm├Ą├čigen und auch kundenspezifischen Pr├╝fsystemen mit Kapazit├Ąten bis 2.500 kN. Mit diesen Pr├╝fsystemen k├Ânnen die Werkstoffkennwerte normgerecht und mit hoher Genauigkeit ermittelt werden. Die parallel schlie├čenden, hydraulischen Probenhalter aus dem Hause ZwickRoell sorgen nachhaltig f├╝r perfekte Klemmung und F├╝hrung der Proben w├Ąhrend des gesamten Versuches. Rutschen der Probe in den hydraulischen Probenhaltern kann in allen F├Ąllen vermieden werden. 

Normgerechte Dehnungsmessung

Die normgerechte Dehnungsmessung erfolgt in den meisten F├Ąllen mit automatischen taktilen oder optischen (ber├╝hrungslosen) L├Ąngen├Ąnderungsaufnehmern. Die klassische und ├╝ber viele Jahre bew├Ąhrte L├Âsung f├╝r einen L├Ąngen├Ąnderungsaufnehmer zur Pr├╝fung von Grobblechproben ist der makroXtens aus dem Hause ZwickRoell. Der makroXtens verbindet aufgrund seiner mechanischen Konstruktion hohe Aufl├Âsung und hohe Genauigkeit mit sehr hoher Robustheit, selbst in rauer Umgebung. Aufgrund der sehr robusten mechanischen Konstruktion kann die Dehnungsmessung dauerhaft bis zum Bruch der Probe erfolgen. Damit ist die Bestimmung der Bruchdehnung automatisch m├Âglich, ohne m├╝hsames Anrei├čen der Probe und manuelles Vermessen nach Zusammenlegen der Probenreste. 

Dehnungsmessung bis zum Bruch

Die innovative L├Âsung zur Dehnungsmessung bis zum Bruch der Probe ist der laserXtens. Auch der laserXtens erf├╝llt mit Bravour die Normanforderungen (ISO 6892-1, ASTM E 8 sowie ISO 9513 und ASTM E 83) f├╝r Grobblechproben. Der laserXtens ben├Âtigt keine Markierungen auf der Probe; aufgrund des Messprinzips kann der laserXtens das durch das Laserlicht selbst erzeugte Muster auf der Oberfl├Ąche als Markierungen nutzen. Die optische Auswertung dieser ÔÇ×SelbstmarkierungÔÇť erfolgt auf eine Weise, dass selbst Zunder und das gelegentliche Abplatzen von Zunder die ÔÇ×SelbstmarkierungÔÇť nicht st├Ârt. 

H├Ąrtepr├╝fung an Grobblech

H├Ąrtepr├╝fungen an Grobblechen werden unter verschiedenen Aspekten durchgef├╝hrt. Je nach Fragestellung kommen H├Ąrtepr├╝fverfahren nach ISO 6506-1, (Brinellverfahren), ISO 6507-1 (Vickersverfahren), ISO 6508-1 (Rockwellverfahren) sowie nach ASTM E 10 (Brinellverfahren), ASTM E 384 (Vickers- und Knoopverfahren) und ASTM E 18 (Rockwellverfahren) zum Einsatz. Daneben werden f├╝r bestimmte Anwendungsbereiche weitere Verfahren oder Vorschriften angewandt (z. B. f├╝r Anwendungsbereiche in der Luft- und Raumfahrt die europ├Ąische Norm EN 2002-7); f├╝r den gro├čfl├Ąchigen und zerst├Ârungsfreien Einsatz werden auch sogenannte QEM Verfahren (z. B. das 3MA Verfahren) genutzt, beschrieben in der VDI-Richtlinie VDI/VDE 2616-1 (H├Ąrtepr├╝fung an metallischen Werkstoffen). 

Das ZwickRoell Produktportfolio stellt f├╝r alle Verfahren H├Ąrtepr├╝fmaschinen und ÔÇôger├Ąte zur Verf├╝gung. Die ZwickRoell H├Ąrtepr├╝fmaschinen und ÔÇôger├Ąte erf├╝llen die g├Ąngigen internationalen Normen und k├Ânnen auch nach den entsprechenden internationalen Normen kalibriert werden. ZwickRoell ist f├╝r die Kalibrierung von H├Ąrtepr├╝fmaschinen als Kalibrierlabor durch die DAkkS akkreditiert.

├ťberpr├╝fung und Sicherstellung der mittleren globalen H├Ąrte

Ein Aspekt der H├Ąrtepr├╝fung ist die ├ťberpr├╝fung und Sicherstellung der mittleren globalen H├Ąrte der Bleche nach dem Walzen. Das Walzen ist ein thermo-mechanischer Prozess, mit dem neben der Blechdickeneinstellung auch mechanische Eigenschaften bestimmt werden. F├╝r diese H├Ąrtepr├╝fung werden H├Ąrtepr├╝fverfahren eingesetzt, die mit h├Âheren Kr├Ąften arbeiten, um ├╝ber das bisweilen grobe Gef├╝ge zu mitteln. Vorzugsweise werden also Brinellverfahren oder Rockwellverfahren eingesetzt. Bei Grobblechen werden nicht selten portable H├Ąrtepr├╝fger├Ąte eingesetzt, die vor Ort am Originalteil angewandt werden k├Ânnen. Bei der Verwendung von station├Ąren H├Ąrtepr├╝fmaschinen werden den Grobblechen Coupons entnommen. Diese dienen entweder selbst als Pr├╝flinge oder aber aus den Coupons werden f├╝r die H├Ąrtepr├╝fung kleinere Proben entnommen und ggf. weiter f├╝r eine H├Ąrtepr├╝fung vorbereitet. 

├ťberpr├╝fung des Gef├╝ges mit H├Ąrtepr├╝fungen an Gef├╝gebestandteilen

Ein weiterer Aspekt der H├Ąrtepr├╝fung ist die ├ťberpr├╝fung des Gef├╝ges mit H├Ąrtepr├╝fungen an Gef├╝gebestandteilen. Wegen der geringen Gr├Â├če der Gef├╝gebestandteile kommen hier H├Ąrtepr├╝fmaschinen mit kleinen bis sehr kleinen Kr├Ąften zum Einsatz, in der Regel station├Ąre Mikroh├Ąrtepr├╝fger├Ąte, deren Eindruckgr├Â├čen und ÔÇôtiefen den Abmessungen der Gef├╝gebestandteile ├╝ber die Eindringkr├Ąfte angepasst werden k├Ânnen. 

Kerbschlagbiegeversuch an Grobblech

F├╝r Anwendungen im Pipelinebau, im Schiffsbau, ist die Kerbschlagz├Ąhigkeit der Werkstoffe eine wichtige Kenngr├Â├če. Sie kann mit Pendelschlagwerken an Charpy Proben bestimmt werden. Das Pr├╝fverfahren ist in der internationalen Norm ISO 148-1 und in der ASTM E 23 beschrieben und festgelegt. Die ISO Norm ist wortgleich auch eine europ├Ąische Norm (EN ISO 148-1).

Beim Kerbschlagbiegeversuch werden die gekerbten Normproben von Hand, mit einfachen Zuf├╝hrhilfen oder auch mit automatischen Roboter-Systemen eingelegt und mit Energien von bis zu 750 J geschlagen. Die Versuche werden bei Raumtemperatur, aber auch bei tiefen Temperaturen durchgef├╝hrt, um unter anderem die ├ťbergangstemperatur von Hochlage zur Tieflage bei niedrigen Temperaturen zu bestimmen. F├╝r die richtige Temperierung der Proben bietet ZwickRoell entsprechende Temperierb├Ąder bis -70 ┬░C oder Temperiervorrichtungen bis -180 ┬░C an.

Die Maschinenrichtlinie stellt hohe Sicherheitsanforderungen an den Betrieb eines Pendelschlagwerkes. Mit einem Schutzgeh├Ąuse und ausgefeilter Sicherheitstechnik erf├╝llt ZwickRoell alle Anforderungen der europ├Ąischen Sicherheitsvorschriften.

Fallgewichtsversuch / Pellini Versuch an Grobblech

Der Fallgewichtsversuch nach W. S. Pellini wird bei der Untersuchung der Spr├Âdbruchneigung von St├Ąhlen zur vergleichenden Beurteilung des Rissauffangverhaltens nach der amerikanischen Norm ASTM E 208 und nach dem Stahl-Eisen-Pr├╝fblatt SEP 1325 angewandt. Bei der Pr├╝fung fallen Gewichte auf eine an beiden Enden gelagerte, rechteckige Biegeprobe. Die fallenden Gewichte l├Âsen innerhalb einer vorgegebenen Gesamtdurchbiegung auf der Zugseite der Probe einen Spr├Âdbruch aus. Dieser Spr├Âdbruch wird durch eine auf dieser Seite aufgebrachte, gekerbte Schwei├čraupe - dem sogenannten Crack-Starter - ausgel├Âst. Bei diesem Versuch wird ermittelt, ob sich der vom k├╝nstlichen Crack-Starter ausgel├Âste Spr├Âdbruch bis zu einer der beiden Seitenfl├Ąchen der Probe ausbreitet oder ob er zuvor aufgefangen wird. Rissbildung oder Bruch werden optisch, manuell bewertet. Erreicht der Bruch eine oder beide Seitenfl├Ąchen, gilt die Probe als gebrochen. Die Versuche werden auch in Abh├Ąngigkeit der Probentemperatur durchgef├╝hrt.

Die Fallwerke f├╝r Pellini-Versuche stehen in den zwei Baugr├Â├čen mit Energien von 550 J und von 1650 J zur Verf├╝gung. Die maximale Fallh├Âhe betr├Ągt 1,0 m bzw. 1,3 m. Der Aufzug des Fallgewichts erfolgt automatisch. Die Fallh├Âhe ist dabei stufenlos einstellbar. Entsprechend der Normung (ASTM E 208 und SEP 1325) werden die vorgegebenen Fallenergien durch einfaches Einsetzen der Fallgewichte erreicht. Die Fallenergie wird automatisch berechnet. Der Pr├╝fraum ist ├╝ber einen Sicherheitskreis elektrisch und mechanisch abgesichert. Die Pr├╝fung wird erst nach Abfrage aller Sicherheitskontakte ausgel├Âst und durchgef├╝hrt. Die Bedienung des Pellini-Fallwerks erfolgt ├╝ber einen Touch-Screen, auf welchem Fallh├Âhe, Fallenergie, Fallgewicht und Fallgeschwindigkeit angezeigt werden.

Rissz├Ąhigkeitspr├╝fung an Grobblech

Die Bruchz├Ąhigkeit K1c ist ein wichtiger Kennwert f├╝r metallische Werkstoffe in sicherheitsrelevanten Anwendungen wie Flugzeugbau, Kraftwerksbau, aber auch Automobilbau. Die Bestimmung der Bruchz├Ąhigkeit erfolgt mit einer Probe, in der k├╝nstlich ein Riss eingebracht wurde. Die Einbringung des Risses erfolgt in der Regel durch Kerbung der Probe mit anschlie├čendem Anschwingen der Probe bis eine bestimmte Rissl├Ąnge erreicht wird. Die Probe wird dann bis zum Bruch quasi statisch belastet. Aus der Kraft-Verformungskurve und der Rissl├Ąnge l├Ąsst sich die Bruchz├Ąhigkeit K1c bestimmen. Die Norm ASTM E 399 gibt hier vor, wie der Versuch durchzuf├╝hren ist. Andere relevante Normen sind ASTM E 813, E 1152 und E 1290.

Zweistufige Versuch zur K1c Bestimmung

Der zweistufige Versuch zur K1c Bestimmung kann sehr effizient auf ZwickRoell Resonanz-Pr├╝fsystemen (Vibrophore) und anschlie├čend auf ZwickRoell Material-Pr├╝fmaschinen durchgef├╝hrt werden. Die Rissbildung in der Probe wird durch die mechanisch erstellte Kerbe und dann durch eine zyklische Belastung hervorgerufen. Das sogenannte Anschwingen zur Erzeugung eines definierten Risses erfolgt aufgrund der hohen erreichbaren Frequenz der Resonanz-Pr├╝fsysteme (Vibrophore) sehr schnell und wegen der hohen Empfindlichkeit der Resonanzfrequenz gegen├╝ber Rissbildung sehr reproduzierbar.

Kompaktprobe (CT-Probe)

Die am h├Ąufigsten verwendete Probengeometrie wird als Kompaktprobe oder CT-Probe (engl.: Compact Tension) bezeichnet. Die Last wird dabei ├╝ber Stifte in den Bohrungen aufgebracht. Dadurch erh├Ąlt man eine gemischte Zug- und Biegebelastung.

SENB-Proben

Neben den CT-Proben werden auch reine Biegeproben, sogenannte SENB-Proben, eingesetzt. W├Ąhrend der Belastungszustand bei der Biegeprobe einfacher ist als bei der CT-Probe, ist das ben├Âtigte Probenvolumen deutlich gr├Â├čer. In den Bildern ist dies gut veranschaulicht.

Automatisierter Zugversuch an Grobblech

Die sichere und pr├Ązise Handhabung von schweren Proben beim Zugversuch stellt hohe Anforderungen an die Bedienung. ZwickRoell unterst├╝tzt mit automatischen Roboter-Pr├╝fsystemen die Umsetzung dieser Anforderungen: Entlastung der Bediener, Minimierung der Bedienereinfl├╝sse und Erh├Âhung der Betriebssicherheit.

Das Automatisierungskonzept von ZwickRoell sieht vor, dass die zu pr├╝fenden Proben manuell in Magazine sortiert werden. Ab diesem Zeitpunkt - Einlagerung der Proben - l├Ąuft der Zugversuch automatisch ab, bis hin zur Sortierung der Probenreste f├╝r eine gegebenenfalls notwendige nachtr├Ągliche Inspektion.

In diesen vollautomatisierten Ablauf k├Ânnen je nach Anforderung weitere Messger├Ąte und Pr├╝fger├Ąte zus├Ątzlich zu den Zugpr├╝fmaschinen integriert werden, insbesondere das Querschnittmessger├Ąt von ZwickRoell mit vier unabh├Ąngigen, automatisch anlegenden Messtastern zur pr├Ązisen und normkonformen Querschnittsfl├Ąchenbestimmung.

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