Zrywarka wytrzymałościowa: budowa, rodzaje, normy i wybór

· Kategoria główna

Zrywarka to maszyna wytrzymałościowa, która rozciąga próbkę materiału aż do zerwania i przez cały czas mierzy siłę oraz wydłużenie. Z zapisu tych dwóch wielkości wyznacza się m.in. wytrzymałość na rozciąganie, granicę plastyczności i wydłużenie przy zerwaniu. Większość współczesnych zrywarek to maszyny uniwersalne: po zmianie uchwytów wykonują też próby ściskania i zginania. Dla metali procedurę opisuje norma PN-EN ISO 6892-1, dla tworzyw sztucznych seria PN-EN ISO 527, a dokładność pomiaru siły potwierdza się według PN-EN ISO 7500-1.

Czym jest zrywarka, a czym maszyna wytrzymałościowa?

„Maszyna wytrzymałościowa” to nazwa ogólna. Obejmuje urządzenia, w których próbka jest poddawana naprężeniom, a maszyna rejestruje siły i odkształcenia. W zależności od kierunku obciążenia wyróżnia się:

W praktyce słowa „zrywarka” i „maszyna wytrzymałościowa zrywarka” oznaczają zwykle właśnie maszynę uniwersalną, bo próba rozciągania jest na niej wykonywana najczęściej.

Maszyny wytrzymałościowe do prób statycznych i dynamicznych

Drugi podział dotyczy sposobu obciążania próbki:

Maszyny do prób statycznych i dynamicznych różnią się przede wszystkim napędem, o czym niżej.

Budowa zrywarki

Niezależnie od producenta zrywarka składa się z podobnych elementów:

  1. Rama - najczęściej z dwiema kolumnami; małe maszyny stołowe bywają jednokolumnowe.
  2. Trawersa - ruchoma belka, która przesuwa się w górę lub w dół i rozciąga albo ściska próbkę.
  3. Czujnik siły (głowica pomiarowa) - przetwornik mierzący obciążenie. Wymaga okresowej kalibracji, do której zwykle zobowiązują przepisy lub system jakości.
  4. Uchwyty i przyrządy - szczęki do mocowania próbek przy rozciąganiu, płyty do ściskania, przyrządy do zginania trójpunktowego i inne, zależnie od normy badania.
  5. Pomiar wydłużenia - maszyna może liczyć przemieszczenie trawersy, ale dokładniej mierzy je ekstensometr zamocowany bezpośrednio na próbce.
  6. Sterowanie i oprogramowanie - zadaje parametry próby, rejestruje wykres siła-wydłużenie i oblicza wyniki.
  7. Komora klimatyczna (opcjonalnie) - gdy norma wymaga badania w określonej temperaturze lub wilgotności.

Rozpiętość wielkości jest ogromna: od niewielkich maszyn stołowych po konstrukcje o nośności ponad 53 MN do badania elementów budowlanych.

Rodzaje napędów: elektromechaniczne i serwohydrauliczne

Elektromechaniczne maszyny wytrzymałościowe

W maszynie elektromechanicznej siłę wytwarza silnik elektryczny, który napędza trawersę. Takie maszyny cenione są za precyzję, szybkość i łatwość obsługi i sprawdzają się w szerokim zakresie prób rozciągania, ściskania i zginania. Nie potrzebują zasilania z układu hydraulicznego, a koszty ich utrzymania są niskie.

Maszyny serwohydrauliczne

W maszynie serwohydraulicznej siłę wytwarza siłownik hydrauliczny sterowany zaworem serwo. To standard przy największych siłach (także powyżej 2000 kN) oraz w badaniach zmęczenia niskocyklowego, mechaniki pękania i szybkich próbach rozciągania. Ceną jest wyższy koszt eksploatacji: zasilacz hydrauliczny zużywa dużo energii, trzeba wymieniać olej, filtry i węże, a urządzenie jest głośne.

Inne napędy

Do badań dynamicznych stosuje się także napędy liniowe (małe siły, wysokie częstotliwości) oraz maszyny rezonansowe do zmęczenia wysokocyklowego. Te drugie zużywają około 2% energii potrzebnej maszynie hydraulicznej, ale służą wąskiej grupie badań.

Normy: co bada się na zrywarce

Metale: PN-EN ISO 6892-1

Norma PN-EN ISO 6892-1 („Metale. Próba rozciągania. Część 1: Metoda badania w temperaturze pokojowej”) opisuje statyczną próbę rozciągania metali. Bada się próbki okrągłe lub płaskie, obrabiane albo w stanie surowym. Z wykresu wyznacza się przede wszystkim:

Tworzywa sztuczne: PN-EN ISO 527

Część 1 normy ISO 527 podaje zasady ogólne próby rozciągania tworzyw i kompozytów, część 2 warunki badania tworzyw do formowania i wytłaczania o grubości powyżej 1 mm. Wyznacza się naprężenie i odkształcenie, moduł sprężystości przy rozciąganiu, granicę plastyczności, punkt zerwania i opcjonalnie współczynnik Poissona. Moduł mierzy się w zakresie odkształceń 0,05-0,25%, więc dobór ekstensometru ma tu ogromne znaczenie. Tworzywa są lepkosprężyste, dlatego prędkość badania wpływa na wynik i musi być stała oraz udokumentowana. Nawet przy formalnej zgodności z normą wyniki różnych laboratoriów potrafią się wyraźnie różnić: decydują kształt próbki, pomiar przekroju, mocowanie i wstępne obciążenie.

Dokładność maszyny: PN-EN ISO 7500-1

Norma ISO 7500-1 dotyczy kalibracji i weryfikacji układu pomiaru siły statycznych maszyn rozciągających i ściskających. Weryfikacja obejmuje oględziny maszyny wraz z oprzyrządowaniem, kalibrację pomiaru siły i potwierdzenie, że maszyna mieści się w granicach określonej klasy. Kalibracja zgodna z normą wymaga co najmniej pięciu punktów pomiarowych w zakresie od 20 do 100% zakresu wskazań, a klasę ustala się na podstawie względnego błędu wskazania, odwracalności i powtarzalności. Wynik dokumentuje świadectwo kalibracji, które musi m.in. wskazywać normę i jednoznacznie identyfikować maszynę.

Jak wybrać zrywarkę?

Wybór zaczyna się od listy badań, a nie od katalogu maszyn. Warto przejść przez następujące pytania:

  1. Jakie materiały i normy? Metale, tworzywa, tekstylia czy elementy gotowe. Norma badania określa kształt próbki, prędkość, sposób pomiaru wydłużenia i wymagania dla maszyny.
  2. Jaka siła maksymalna? Zakres czujnika powinien obejmować najmocniejszą próbkę z zapasem. Pamiętaj jednak, że minimalna kalibracja według ISO 7500-1 obejmuje punkty od 20% zakresu wskazań w górę. Jeśli badasz także bardzo słabe próbki, sprawdź, czy świadectwo obejmuje dodatkowe, niższe punkty (część serwisów kalibruje nawet od 0,1% zakresu), albo dobierz drugi czujnik o mniejszym zakresie.
  3. Statyka czy dynamika? Do prób statycznych wystarczy maszyna elektromechaniczna. Badania zmęczeniowe i bardzo duże siły wymagają napędu serwohydraulicznego lub specjalizowanego.
  4. Jak mierzyć wydłużenie? Jeżeli norma wymaga modułu sprężystości albo dokładnej granicy plastyczności, potrzebny jest ekstensometr odpowiedniej klasy.
  5. Jakie uchwyty? Uchwyty dobiera się do kształtu i twardości próbki. Źle dobrane szczęki powodują poślizg albo zerwanie w uchwycie, co unieważnia wynik.
  6. Warunki badania? Próby w kontrolowanej temperaturze lub wilgotności wymagają komory klimatycznej montowanej wokół próbki.
  7. Serwis i kalibracja - sprawdź, kto i jak często będzie kalibrował maszynę oraz czy świadectwo obejmuje wymaganą klasę.

Cena zrywarki zależy przede wszystkim od konfiguracji: zakresu siły, liczby czujników, uchwytów, ekstensometru, komory i oprogramowania. Dlatego producenci wyceniają maszyny indywidualnie, a porównywać warto oferty o tym samym wyposażeniu.

Gdzie stosuje się zrywarki?

Zrywarki pracują wszędzie tam, gdzie trzeba potwierdzić właściwości materiału: w kontroli jakości, w pracach badawczo-rozwojowych i w laboratoriach uczelni technicznych, m.in. w branży lotniczej, motoryzacyjnej, budowlanej i materiałowej. Badania na maszynach wytrzymałościowych dostarczają danych do projektowania i do oceny, czy materiał spełnia wymagania normy lub specyfikacji.

Najczęstsze pytania

Czym różni się zrywarka od maszyny uniwersalnej?

Zrywarka w ścisłym znaczeniu służy do rozciągania. Maszyna uniwersalna wykonuje także próby ściskania i zginania. W handlu obie nazwy często stosuje się zamiennie.

Czy zrywarka elektromechaniczna wystarczy do badań metali?

Do statycznej próby rozciągania metali w typowych zakresach sił tak, pod warunkiem odpowiedniego zakresu siły, uchwytów i ekstensometru. Bardzo duże siły i badania zmęczeniowe to domena maszyn serwohydraulicznych.

Jak często kalibrować zrywarkę?

Częstotliwość określa system jakości laboratorium, wymagania klientów i akredytacji. Kalibrację wykonuje się według PN-EN ISO 7500-1, a przed nią sprawdza się ogólny stan techniczny maszyny.

Redakcja Mega Słownika

Podobne wpisy