Przejdź do treści

#21 Próba udarności – wymiary próbek, pomniejszone próbki (część 2)

Wymiary próbek jest to temat, który w pierwszej chwili może się wydawać, że Cię nie dotyczy. Przecież wysyłasz próbki do laboratorium badań niszczących (DT) i reszta jest po ich stronie. Jak to mawiał klasyk – “nic bardziej mylnego”. Dlaczego?

Jak już z pewnością wiesz z części pierwszej (a jeśli nie, to zanim przejdziesz dalej, zacznij tu), badanie udarności wykonuje się w celu weryfikacji materiałów podstawowych, ale również spoin, strefy wpływu ciepła (w trakcie kwalifikacji technologii spawania WPQR, badania płyt próbnych). Jest to szczególnie ważne zagadnienie, jeśli wytwarzasz urządzenia ciśnieniowe.

Jeśli świadomie podchodzisz do poszczególnych badań, musisz wiedzieć: jakie minimalne wymiary wymagane są przez normę? Czy każde grubości materiałów trzeba badać? A jak interpretować wyniki? Te zagadnienia spróbuję Ci wytłumaczyć w dzisiejszym artykule.

Jeśli Ci się spieszy i chcesz poznać tylko wartości, nie wnikając dlaczego tak jest zjedź na sam dół 😉

Normy

Informacje dotyczące wymiarów próbek do badania udarności, sposobu ich przygotowania, raportu z badań, przyrządów (dla próby Charpy’ego) znajdziesz 👇:

EN ISO 148-1 “Metale — Próba udarności sposobem Charpy’ego — Część 1: Metoda badania”

Informacje o oznaczeniach próbek, miejscach karbów znajdziesz 👇:

EN ISO 9016 “Badania niszczące złączy spawanych metali – Badanie udarności – Usytuowanie próbek, kierunek karbu i badanie”

Wymiary próbek

Na samym początku zobaczmy jak wygląda próbka do badania udarności – mają kształt prostopadłościanu, a w centralnej części znajduje się karb w kształcie litery V (skrót – KCV, a jeśli karb jest w kształcie litery U – KCU). Zadaniem karbu jest spiętrzanie naprężeń

Próbki do badania udarności z karbem V [ISO 148-1]

l – długość próbki [mm]

h – wysokość próbki [mm]

w – szerokość próbki [mm]

Długość i wysokość próbki są zawsze wartościami stałymi i wynoszą odpowiednio:

l = 55 mm,

h = 10 mm

Natomiast szerokość próbki jest zależna od grubości materiału i wynosi:

dla standardowych próbek:

w = 10 mm

dla pomniejszonych próbek:

w = 7,5 mm

w = 5 mm

w = 2,5 m

Dla ułatwienia przygotowałam tabelę z porównaniem, którą możesz pobrać u dołu artykułu.

Wymiary próbek do próby udarności – tabela

Standardowe wymiary próbek

W większości przypadków stosujemy standardowe wymiary próbek (oczywiście jeśli wymiary materiałów nam na to pozwalają).

W przypadku kwalifikowania WPQR (ISO 15614-1), norma wymaga, aby badanie udarności przeprowadzić dla materiałów o grubości 12mm i powyżej.

Zredukowane wymiary próbek

Pomniejszone wymiary próbek stosujemy, kiedy grubość materiału jest niewystarczająca, aby badanie przeprowadzić w standardowym wymiarze. Nie zawsze wymagana jest próba udarności przy zastosowaniu pomniejszonych próbek.

55 x 10 x 7,5

55 x 10 x 5

55 x 10 x 2,5

Zwróć uwagę na inne standardy i wymagania klienta – kwalifikując technologię spawania WPQR zgodnie z przepisami AD 2000 HP 2/1, badanie udarności wymagane jest już dla materiałów o grubości już powyżej 5mm!

Interpretacja wyników próby udarności

W poprzednim artykule zwracałam uwagę na minimalne wartości pracy łamania i różnice pomiędzy udarnością, a pracą łamania. W tym miejscu wykorzystamy tę wiedzę.

Podczas próby udarności otrzymujemy na młocie Charpy’ego wartość pracy łamania. Aby dowiedzieć się jaka jest wartość udarności (KCV), należy podzielić pracę łamania (KV) na powierzchnię próbki (So).

KCV = KV/So

Udarność jest większa od pracy łamania

Na początku przyjrzyjmy się jeszcze raz oznaczeniu próbki – wysokości karbu i w tabeli 2 z normy ISO 148-1, znajdźmy tę pozycję nr 2.

Pełen opis wymiarów próbek [ISO 148-1], 2 – wysokość karbu 2mm
Tablica 2 ISO 148-1

Przy obliczaniu przekroju poprzecznego należy pamiętać o uwzględnieniu wysokości karbu (2mm), co daje nam przekrój:

dla standardowych próbek:

  • So = 8 x 10 = 80 [mm2] = 0,8 [cm2]

dla zredukowanych próbek:

  • So = 8 x 7,5 = 60 [mm2] = 0,6 [cm2]
  • So = 8 x 5 = 40 [mm2] = 0,4 [cm2]
  • So = 8 x 2,5 = 20 [mm2] = 0,2 [cm2]

Co nam to daje?

Przykład 1: Średni wynik pracy łamania dla próbki 55x10x10 to 50J, Ile wynosi udarność?

KV=50J

KCV=50/0,8= 62,5 J/cm2

Udarność wynosi 62,5 J/cm2.


Przykład 2: Średni wynik pracy łamania dla próbki 55x10x5 to 20J, Ile wynosi udarność?

KV=20J

KCV=20/0,4= 50 J/cm2

Udarność wynosi 50 J/cm2.

Na podstawie tego przykładu możesz zauważyć, że otrzymując wartość pracy łamania poniżej 27J na pomniejszonych próbkach wartość udarności przekracza 27 J/cm2.


Jeśli interesuje Cię to zagadnienie, możesz również przeczytać wpis Karoliny, która dowiedziawszy się, że będę taki przygotowywać, podesłała mi swoją publikację 👇

https://www.linkedin.com/feed/update/urn:li:activity:6618390676499501056/

W trakcie swojej pracy spotkacie się z tym, że nie wszyscy będą uwzględniać wysokość karbu przy obliczeniach pola powierzchni przekroju. Obliczają je 10×10=100mm2 = 1cm2. W mojej (subiektywnej) opinii nie jest to duży błąd, chociaż pracownikom laboratorium zapewne podnosi się ciśnienie na samą myśl 😉

Próbka ma za niską pracę łamania (w domyśle udarność)

Podczas próby udarności pomniejszone próbki mają mniejszą zdolność do zabsorbowania energii, dlatego “nie wymaga się od nich”, aby wykazywały taką samą pracę łamania jak ich standardowe “koleżanki” 10 x 10. Z tego powodu pomniejszone próbki mogą w trakcie próby uzyskać niższe wartości i nadal wynik może być pozytywny. Często, na pierwszy rzut oka, za niskie wyniki u niejednego inżyniera wywołały szybsze bicie serca, a w konsekwencji próbki miały zredukowane wymiary i finalnie spełniały wymagania normy 😉

W poprzednim akapicie pokazałam Ci, w jaki sposób przeliczać energię łamania na udarność. Natomiast jest prostszy sposób, aby ocenić, czy próbki o zredukowanym wymiarze spełniają słynne minimum 27J.

W normie EN 13445-2 (czyli dotyczącej materiałów na zbiorniki ciśnieniowe), w tablicy B.3-1 mamy wprost określone wartości pracy łamania dla zredukowanych wymiarów próbek w porównaniu do ich standardowych wymiarów.

EN 13445-2, w tablicy B.3-1 wymagana energia łamania

I tak mając:

wymaganie dla materiału uzyskanie min. 27J:

  • dla próbki o standardowych wymiarach 55x10x10 wymagane jest 27 J
  • dla próbki o zredukowanych wymiarach 55x10x7,5 wymagane jest 20 J
  • dla próbki o zredukowanych wymiarach 55x10x5 wymagane jest 14 J

Analogicznie dla materiałów o wymaganej pracy łamania min 40J:

  • dla próbki o standardowych wymiarach 55x10x10 wymagane jest 40 J
  • dla próbki o zredukowanych wymiarach 55x10x7,5 wymagane jest 30 J
  • dla próbki o zredukowanych wymiarach 55x10x5 wymagane jest 20 J

Skąd to wynika?

Zredukowana próbka o szerokości 7,5mm jest to 75% standardowej próbki (a szerokość 5mm jest to 50% standardowej próbki)

Przykład: KV=40J, próbka standardowa

KV (7,5)= 40*0,75=30 [J]

KV (5)= 40*0,5=20 [J]

Podsumowując…

Wymiary zredukowanych próbek do badania udarności a wymagana praca łamania na podstawie EN ISO 148-1 Tab 2 i EN 13445-2 Tab. B.3-1

Pamiętaj jednak, że poszczególne towarzystwa klasyfikacyjne i specyfikacje klienta mogą mieć inne, bardziej rygorystyczne przeliczniki-współczynniki!

Mam nadzieje, że przygotowane przeze mnie materiały były dla Ciebie pomocne. Jeśli tak, będzie mi miło, jeśli artykuł trafi do szerszego grona i podzielisz się ze mną swoimi doświadczeniami!

Bibliografia

EN ISO 148-1 “Metale — Próba udarności sposobem Charpy’ego — Część 1: Metoda badania”

EN ISO 9016 “Badania niszczące złączy spawanych metali – Badanie udarności – Usytuowanie próbek, kierunek karbu i badanie”

https://www.linkedin.com/feed/update/urn:li:activity:6618390676499501056/

1 komentarz do “#21 Próba udarności – wymiary próbek, pomniejszone próbki (część 2)”

  1. Pingback: #29 WPQR - Pozycje spawania - PRZEPISY SPAWALNICZE

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *