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
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.
Standardowe wymiary próbek
W większości przypadków stosujemy standardowe wymiary próbek (oczywiście jeśli wymiary materiałów nam na to pozwalają).
55 x 10 x 10
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.
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.
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…
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!
Do pobrania
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/
Pingback: #29 WPQR - Pozycje spawania - PRZEPISY SPAWALNICZE
Ciekawy artykuł. Dziękuję za pewne rozjaśnienie tematu.
Mam takie dwa zapytania. Pierwsza kwestia dotyczy grubości złączy spawanych od których wykonywana jest próba udarności, W normie dotyczącej kwalifikowania technologii spawania faktycznie jest mowa o ponad 12 mm za wyjątkiem jakiś specjalnych wymagań. Miałem w ręku WPQR dla złącza doczołowego ze stali nierdzewnej 1.4301 / X5CrNi18-10 o grubości 4 mm i tam było badanie udarności , w protokole podano wymiar próbki 2,5×8 mm. Z czego może wynikać fakt przeprowadzenia tego badania przez laboratorium? O ile wiem nie zgłaszano żadnych specjalnych wymagań norm czy przepisów. Zakład posiada normę kolejową EN 15085 ale tam raczej nie ma nigdzie jakiś wymogów.
Druga kwestia dotyczy „zwykłej” czarnej stali S235JR (zakład spawa tylko taką na mało wymagające rzeczy – typu poszycia wagonów). Wg oznaczenia , stal ta posiada liche własności udarnościowe bo 27 J w +20 stopniach. Czy jest sens kwalifikowania technologii spawania dla takiego gatunku no i czy przejdzie ewentualne badania udarności w laboratorium?
Pozdrawiam serdecznie
1. szerszy zakres ilości wprowadzonego ciepła
2. można wykonać takie badanie. Jeśli firma chciała takie badanie to nie widzę przeciwskazań.
3. Prawidłowy wymiar próbki powinien być 2,5 x 10 – natomiast ja się też często spotykałam z innym wymiarem próbki przygotowanym przez laboratorium
4. ja nie widzę sensu, bo lepiej to zrobić chociażby na S355J2 i mieć dużo szerszy zakres – ale firmy czasem tak kwalifikują i nie możemy im tego zabronić 😉
5. S235JR i udarność w +20 stC powinna spełnić 27J Czy przejdzie? nie wiem, nie ode mnie to zależy 😉 jeśli będzie prawidłowo zaprojektowany proces kwalifikacji technologii i spoina nie będzie miała niezgodności to badanie powinno wyjść prawidłowo
Chciałabym się zgłosić z pytaniem odnośnie grubości próbki do badan udarności dla blach.
Blacha gr. 5 mm wg EN10025-2, EN10029
Posiadam świadectwo odbioru 3.1 wg EN10204 dla blach ze stali węglowej grubości 5 m. To świadectwo posiada wyniki badań udarności, lecz dla próbki grubości 7,5 mm.
Huta zarzeka się się, że :
próbki do badan udarności robi się z najgrubszych blach w grupie grubościowej z kongresowego/unikatowego numeru wytopu.
5mm blachy należy do grupy 5-12mm, wiec jeżeli z danego wytopu huta walcowała inne blachy (grubsze) blachy, może użyć wyników badań udarności w świadectwie odbioru 3.1 wg En10204 z najgrubszych blachy w grupie tego unikatowego wytopu do wszystkich blach, niezależnie od grubości.
Czy to prawda?
Z góry dziękuję za odpowiedz
Np w normie EN 10025-1 jest zapis, że dla stali o grubości poniżej 6mm nie ma obowiązku wykonywać próby udarności