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Prüfung von Grobblechen

Grobbleche aus Stahl werden in Großkonstruktionen wie Großbrücken, Großbauten, im Schiffsbau, bei Offshore Bauten wie Bohrplattformen und Windräder, aber auch für schweres Gerät wie Krane und Bagger eingesetzt. Grobbleche sind darüber hinaus auch Halbzeuge für Großrohre, die Öl oder Gas über weite Strecken transportieren.

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

In vielen Anwendungsbereichen ist die Einhaltung von Kennwerten oder Spezifikationsgrenzen für die Sicherheit in der langjährigen Anwendung gefordert. Je nach Verwendungszweck des Grobbleches werden mit unterschiedlichen Prüfungen an Grobblech die relevanten und notwendigen Kennwerte ermittelt. Die im Folgenden aufgeführten Prüfungen an Grobblech sind häufig angewandte Prüfverfahren. In speziellen Anwendungen oder Verwendungen können weitere, hier nicht genannte, Prüfverfahren notwendig werden, um einen sicheren und dauerhaften Betrieb zu gewährleisten.

ZugversucheHärteprüfungenSchlagversucheErmüdungs- und BruchmechanikversucheMetall-Broschüre interessante Kundenprojekte

Zugversuche an Grobblech

Zugversuche an Grobblechen werden hauptsächlich nach den international anerkannten und sehr verbreiteten Normen ISO 6892-1 und ASTM E 8 durchgeführt. Die Norm ISO 6892-1 ist gleichzeitig und wortgleich auch eine europäische Norm (EN ISO 6892-1) und damit auch in den Nationen der Europäischen Union gültig. (z. B. in Deutschland als DIN EN ISO 6892-1). Zugproben für diesen Zugversuch werden den Grobblechen so entnommen, dass die Blechdicke als Probendicke nach Möglichkeit erhalten bleibt. Die Zugproben haben entsprechend einen großen Querschnitt und erfordern meistens Materialprüfmaschinen in höheren Lastbereichen bzw. im Großlastbereich. Die parallele Länge oder der sich unter Prüfkraft verformende Teil der Probe wird durch Fräsen hergestellt. Die unbearbeitete Dicke und das schonende Fräsen und Schlichten der Probenbreite sorgen für ein durch die Probenvorbereitung sehr wenig verändertes Probenmaterial und somit wenig beeinflusste Werkstoffkennwerte. 

Die ISO 6892-1 sowie die ASTM E 8 erlauben seit dem Jahre 2009, die Prüfgeschwindigkeit über die Dehngeschwindigkeit (auch als Dehnrate bezeichnet) automatisch zu steuern und zu regeln. Die in den Normen für die Dehngeschwindigkeitsregelung (insbesondere die der „closed loop“ Dehngeschwindigkeitsregelung) geforderten Toleranzen können mit beiden Längenänderungsaufnehmern makroXtens und laserXtens sehr gut erfüllt werden.

Metall | Zugversuch (Raumtemperatur)
ISO 6892-1
zu Metall | Zugversuch (Raumtemperatur)
Metall | Zugversuch (Raumtemperatur)
ASTM E8
zu Metall | Zugversuch (Raumtemperatur)
Metall | Zugversuch (erhöhte Temperatur)
ISO 6892-2
zu Metall | Zugversuch (erhöhte Temperatur)
Metall | Zugversuch (erhöhte Temperatur)
ASTM E21
zu Metall | Zugversuch (erhöhte Temperatur)

Automatisierter Zugversuch an Grobblech

Die sichere und präzise Handhabung von schweren Proben beim Zugversuch stellt hohe Anforderungen an die Bedienung. ZwickRoell unterstützt mit automatischen Roboter-Prüfsystemen die Umsetzung dieser Anforderungen: Entlastung der Bediener, Minimierung der Bedienereinflüsse und Erhöhung der Betriebssicherheit.

Das Automatisierungskonzept von ZwickRoell sieht vor, dass die zu prüfenden Proben manuell in Magazine sortiert werden. Ab diesem Zeitpunkt - Einlagerung der Proben - läuft der Zugversuch automatisch ab, bis hin zur Sortierung der Probenreste für eine gegebenenfalls notwendige nachträgliche Inspektion.

In diesen vollautomatisierten Ablauf können je nach Anforderung weitere Messgeräte und Prüfgeräte zusätzlich zu den Zugprüfmaschinen integriert werden, insbesondere das Querschnittmessgerät von ZwickRoell mit vier unabhängigen, automatisch anlegenden Messtastern zur präzisen und normkonformen Querschnittsflächenbestimmung.

Zu den automatisierten Prüfsystemen

Prüflösungen für Zugversuche an Grobblech

ZwickRoell bietet für die Ermittlung der Werkstoffkennwerte aus dem Zugversuch ein breites Spektrum von serienmäßigen und auch kundenspezifischen Prüfsystemen mit Kapazitäten bis 2.500 kN. Mit diesen Prüfsystemen können die Werkstoffkennwerte normgerecht und mit hoher Genauigkeit ermittelt werden. Die parallel schließenden, hydraulischen Probenhalter aus dem Hause ZwickRoell sorgen nachhaltig für perfekte Klemmung und Führung der Proben während des gesamten Versuches. Rutschen der Probe in den hydraulischen Probenhaltern kann in allen Fällen vermieden werden. 

Die normgerechte Dehnungsmessung erfolgt in den meisten Fällen mit automatischen taktilen oder optischen (berührungslosen) Längenänderungsaufnehmern. Die klassische und über viele Jahre bewährte Lösung für einen Längenänderungsaufnehmer zur Prüfung von Grobblechproben ist der makroXtens aus dem Hause ZwickRoell. Der makroXtens verbindet aufgrund seiner mechanischen Konstruktion hohe Auflösung 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 möglich, ohne mühsames Anreißen der Probe und manuelles Vermessen nach Zusammenlegen der Probenreste. 

Die innovative Lösung zur Dehnungsmessung bis zum Bruch der Probe ist der laserXtens. Auch der laserXtens erfüllt mit Bravour die Normanforderungen (ISO 6892-1, ASTM E 8 sowie ISO 9513 und ASTM E83) für Grobblechproben. Der laserXtens benötigt keine Markierungen auf der Probe; aufgrund des Messprinzips kann der laserXtens das durch das Laserlicht selbst erzeugte Muster auf der Oberfläche als Markierungen nutzen. Die optische Auswertung dieser „Selbstmarkierung“ erfolgt auf eine Weise, dass selbst Zunder und das gelegentliche Abplatzen von Zunder die „Selbstmarkierung“ nicht stört.

Härteprüfung an Grobblech

Härteprüfungen an Grobblechen werden unter verschiedenen Aspekten durchgeführt. Je nach Fragestellung kommen Härteprüfverfahren nach ISO 6506-1, (Brinellverfahren), ISO 6507-1 (Vickersverfahren), ISO 6508-1 (Rockwellverfahren) sowie nach ASTM E10 (Brinellverfahren), ASTM E384 (Vickers- und Knoopverfahren) und ASTM E18 (Rockwellverfahren) zum Einsatz. Daneben werden für bestimmte Anwendungsbereiche weitere Verfahren oder Vorschriften angewandt (z. B. für Anwendungsbereiche in der Luft- und Raumfahrt die europäische Norm EN 2002-7); für den großflächigen und zerstörungsfreien Einsatz werden auch sogenannte QEM Verfahren (z. B. das 3MA Verfahren) genutzt, beschrieben in der VDI-Richtlinie VDI/VDE 2616-1 (Härteprüfung an metallischen Werkstoffen). 

Metall | Härte Brinell
ISO 6506, ASTM E10
zu Metall | Härte Brinell
Metall | Härte Vickers
ISO 6507, ASTM E384
zu Metall | Härte Vickers
Metall | Härte Rockwell
ISO 6508, ASTM E18
zu Metall | Härte Rockwell
Metall | Härte Vickers & Knoop
ASTM E92
zu Metall | Härte Vickers & Knoop

Härteprüfgeräte zur Grobblech-Prüfung

Das ZwickRoell Produktportfolio stellt für alle Verfahren Härteprüfmaschinen und –geräte zur Verfügung. Die ZwickRoell Härteprüfmaschinen und –geräte erfüllen die gängigen internationalen Normen und können auch nach den entsprechenden internationalen Normen kalibriert werden. ZwickRoell ist für die Kalibrierung von Härteprüfmaschinen als Kalibrierlabor durch die DAkkS akkreditiert.

Ein Aspekt der Härteprüfung ist die Überprüfung und Sicherstellung der mittleren globalen Härte der Bleche nach dem Walzen. Das Walzen ist ein thermo-mechanischer Prozess, mit dem neben der Blechdickeneinstellung auch mechanische Eigenschaften bestimmt werden. Für diese Härteprüfung werden Härteprüfverfahren eingesetzt, die mit höheren Kräften arbeiten, um über das bisweilen grobe Gefüge zu mitteln. Vorzugsweise werden also Brinellverfahren oder Rockwellverfahren eingesetzt. Bei Grobblechen werden nicht selten portable Härteprüfgeräte eingesetzt, die vor Ort am Originalteil angewandt werden können. Bei der Verwendung von stationären Härteprüfmaschinen werden den Grobblechen Coupons entnommen. Diese dienen entweder selbst als Prüflinge oder aber aus den Coupons werden für die Härteprüfung kleinere Proben entnommen und ggf. weiter für eine Härteprüfung vorbereitet. 

Ein weiterer Aspekt der Härteprüfung ist die Überprüfung des Gefüges mit Härteprüfungen an Gefügebestandteilen. Wegen der geringen Größe der Gefügebestandteile kommen hier Härteprüfmaschinen mit kleinen bis sehr kleinen Kräften zum Einsatz, in der Regel stationäre Mikrohärteprüfgeräte, deren Eindruckgrößen und –tiefen den Abmessungen der Gefügebestandteile über die Eindringkräfte angepasst werden können. 

Schlagversuche an Grobblech

Metall | Kerbschlagbiegeversuch Charpy
ISO 148-1
zu Metall | Kerbschlagbiegeversuch Charpy
Metall | Kerbschlagbiegeversuch Charpy & Izod
ASTM E23
zu Metall | Kerbschlagbiegeversuch Charpy & Izod
Metall | Fallgewichtsversuch
DIN EN 10274, API 5L
zu Metall | Fallgewichtsversuch

Kerbschlagbiegeversuch an Grobblech

Für Anwendungen im Pipelinebau, im Schiffsbau, ist die Kerbschlagzähigkeit der Werkstoffe eine wichtige Kenngröße. Sie kann mit Pendelschlagwerken an Charpy Proben bestimmt werden. Das Prüfverfahren ist in der internationalen Norm ISO 148-1 und in der ASTM E23 beschrieben und festgelegt. Die ISO Norm ist wortgleich auch eine europäische Norm (EN ISO 148-1).

Beim Kerbschlagbiegeversuch werden die gekerbten Normproben von Hand, mit einfachen Zuführhilfen 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 durchgeführt, um unter anderem die Übergangstemperatur von Hochlage zur Tieflage bei niedrigen Temperaturen zu bestimmen. Für die richtige Temperierung der Proben bietet ZwickRoell entsprechende Temperierbäder bis -70 °C oder Temperiervorrichtungen bis -180 °C an.

Die Maschinenrichtlinie stellt hohe Sicherheitsanforderungen an den Betrieb eines Pendelschlagwerkes. Mit einem Schutzgehäuse und ausgefeilter Sicherheitstechnik erfüllt ZwickRoell alle Anforderungen der europäischen Sicherheitsvorschriften.

Fallgewichtsversuch / Pellini Versuch an Grobblech

Der Fallgewichtsversuch nach W. S. Pellini wird bei der Untersuchung der Sprödbruchneigung von Stählen zur vergleichenden Beurteilung des Rissauffangverhaltens nach der amerikanischen Norm ASTM E208 und nach dem Stahl-Eisen-Prüfblatt SEP 1325 angewandt. Bei der Prüfung fallen Gewichte auf eine an beiden Enden gelagerte, rechteckige Biegeprobe. Die fallenden Gewichte lösen innerhalb einer vorgegebenen Gesamtdurchbiegung auf der Zugseite der Probe einen Sprödbruch aus. Dieser Sprödbruch wird durch eine auf dieser Seite aufgebrachte, gekerbte Schweißraupe - dem sogenannten Crack-Starter - ausgelöst. Bei diesem Versuch wird ermittelt, ob sich der vom künstlichen Crack-Starter ausgelöste Sprödbruch bis zu einer der beiden Seitenflächen der Probe ausbreitet oder ob er zuvor aufgefangen wird. Rissbildung oder Bruch werden optisch, manuell bewertet. Erreicht der Bruch eine oder beide Seitenflächen, gilt die Probe als gebrochen. Die Versuche werden auch in Abhängigkeit der Probentemperatur durchgeführt.

Die Fallwerke für Pellini-Versuche stehen in den zwei Baugrößen mit Energien von 550 J und von 1650 J zur Verfügung. Die maximale Fallhöhe beträgt 1,0 m bzw. 1,3 m. Der Aufzug des Fallgewichts erfolgt automatisch. Die Fallhöhe ist dabei stufenlos einstellbar. Entsprechend der Normung (ASTM E208 und SEP 1325) werden die vorgegebenen Fallenergien durch einfaches Einsetzen der Fallgewichte erreicht. Die Fallenergie wird automatisch berechnet. Der Prüfraum ist über einen Sicherheitskreis elektrisch und mechanisch abgesichert. Die Prüfung wird erst nach Abfrage aller Sicherheitskontakte ausgelöst und durchgeführt. Die Bedienung des Pellini-Fallwerks erfolgt über einen Touch-Screen, auf welchem Fallhöhe, Fallenergie, Fallgewicht und Fallgeschwindigkeit angezeigt werden.

Ermüdungs- und Bruchmechanikversuche

Metall | Bruchmechanik kritischer Spannungsintensitätsfaktor K1C
ASTM E399
zu Metall | Bruchmechanik kritischer Spannungsintensitätsfaktor K1C
Metall | Ermüdung Dauerschwingversuch (Wöhler)
DIN 50100
zu Metall | Ermüdung Dauerschwingversuch (Wöhler)

Risszähigkeitsprüfung an Grobblech

Die Bruchzähigkeit K1c ist ein wichtiger Kennwert für metallische Werkstoffe in sicherheitsrelevanten Anwendungen wie Flugzeugbau, Kraftwerksbau, aber auch Automobilbau. Die Bestimmung der Bruchzähigkeit erfolgt mit einer Probe, in der künstlich ein Riss eingebracht wurde. Die Einbringung des Risses erfolgt in der Regel durch Kerbung der Probe mit anschließendem Anschwingen der Probe bis eine bestimmte Risslänge erreicht wird. Die Probe wird dann bis zum Bruch quasi statisch belastet. Aus der Kraft-Verformungskurve und der Risslänge lässt sich die Bruchzähigkeit K1c bestimmen. Die Norm ASTM E399 gibt hier vor, wie der Versuch durchzuführen ist. Andere relevante Normen sind ASTM E813, E 1152 und E 1290.

Der zweistufige Versuch zur K1c Bestimmung kann sehr effizient auf ZwickRoell Resonanz-Prüfsystemen (Vibrophore) und anschließend auf ZwickRoell Material-Prüfmaschinen durchgeführt 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-Prüfsysteme (Vibrophore) sehr schnell und wegen der hohen Empfindlichkeit der Resonanzfrequenz gegenüber Rissbildung sehr reproduzierbar.

Die am häufigsten verwendete Probengeometrie wird als Kompaktprobe oder CT-Probe (engl.: Compact Tension) bezeichnet. Die Last wird dabei über Stifte in den Bohrungen aufgebracht. Dadurch erhält man eine gemischte Zug- und Biegebelastung.

Neben den CT-Proben werden auch reine Biegeproben, sogenannte SENB-Proben, eingesetzt. Während der Belastungszustand bei der Biegeprobe einfacher ist als bei der CT-Probe, ist das benötigte Probenvolumen deutlich größer. In den Bildern ist dies gut veranschaulicht.

Weitere Prüfungen an Grobblech

Zeitstandversuch / Kriechversuch
zu Zeitstandversuch / Kriechversuch
Metall | Biegeversuch
ISO 7438, ASTM A370, ISO 8491
zu Metall | Biegeversuch

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