Az univerzális tesztelőgép használata: Teljes útmutató

A univerzális tesztgép (UTM) méri az anyagok mechanikai tulajdonságait – beleértve a szakítószilárdságot, a nyomószilárdságot, a hajlítószilárdságot és a nyúlást – szabályozott erők alkalmazásával és az anyag reakciójának rögzítésével. A helyes használathoz ki kell választani a megfelelő géptípust (elektronikus vagy hidraulikus), be kell szerelni a megfelelő markolatokat vagy rögzítéseket, be kell állítani a szoftverben a tesztparamétereket, nullázni kell a terhelést és a hosszabbítást, majd le kell futtatni a tesztet, miközben a terhelés-elmozdulás görbét valós időben figyeljük. Ez az útmutató az elektronikus és a hidraulikus UTM-ek minden lépésére kiterjed, gyakorlati adatokkal és összehasonlításokkal, amelyek segítenek pontos, megismételhető eredmények elérésében.

Elektronikus vs. hidraulikus univerzális vizsgálógépek: melyikre van szüksége?

A megfelelő géptípus kiválasztása az első és legkövetkezményesebb döntés. A nem megfelelő platform használata pontatlan adatokat eredményezhet, vagy akár a minták és a berendezések károsodását is okozhatja.

Gyakorlati szabályként: ha a minta 600 kN-nál nagyobb erőt igényel, válasszon hidraulikus UTM-et. A precíziós, kis erőhatású munkákhoz – például egy 0,2 mm-es polimer film vagy egy orvosbiológiai varrat teszteléséhez – a 10 N-os mérőcellával ellátott elektronikus UTM sokkal jelentősebb adatokat szolgáltat.

Alapvető összetevők, amelyeket meg kell értenie a használat előtt

A gép típusától függetlenül minden UTM ugyanazokat az alapvető összetevőket használja. Bármelyikük helytelen azonosítása vagy visszaélése az érvénytelen teszteredmények egyik fő oka.

Load Frame

A szerkezeti gerinc, amely a vizsgálat során minden erőt megtart. A kereteket a maximális teherbírásuk alapján értékelik. Soha ne lépje túl A névleges keretkapacitás 80%-a rutin tesztelés során, hogy elkerülje a váz kifáradásos károsodását az idő múlásával.

Load Cell

Erőátalakító, amely a mechanikai erőt elektromos jellé alakítja. Az erőmérő cellák saját kapacitásbesorolással rendelkeznek – például egy 1 kN-os mérőcella egy 100 kN-os keretre szerelve azt jelenti, hogy a gép ténylegesen 1 kN-ra van korlátozva az adott konfigurációban. Mindig igazítsa az erőmérő cellát a minta várható csúcserejének 20–100%-án belülre. Ha 100 kN-os erőmérő cellát használ az 50 N nyomáson eltörő minta tesztelésére, akkor megbízhatatlan leolvasást kap.

Keresztfej és működtető

Az elektronikus UTM-ekben a keresztfejet egy szervomotorral meghajtott precíziós golyóscsavar vagy vezérorsó hajtja meg. A hidraulikus UTM-ekben az aktuátor (hidraulikus munkahenger) nyomás alatt lévő folyadékon keresztül fejti ki az erőt. A keresztfej programozott sebességgel mozog – jellemzően mm/percben kifejezve –, amely szabályozza a minta nyúlási sebességét.

Fogantyúk és rögzítések

A fogantyúk a gép és a minta közötti felület. A gyakori típusok a következők:

• Ékhatású markolat – terhelés alatt önfeszítő, ideális lapos vagy kerek fém mintákhoz
• Pneumatikus markolat – egyenletes szorítóerő, alkalmas vékony filmekhez és gumihoz
• Kompressziós lapok – lapos lemezek habok, betonhengerek vagy tabletták nyomóvizsgálatához
• Hárompontos és négypontos hajlítószerelvények – gerendák és rudak hajlítási vizsgálatához

Extenzométer

Csíptetős vagy érintésmentes (video vagy lézer) eszköz, amely a minta tényleges nyúlását méri, függetlenül a keresztfej elmozdulásától. A pontos Young-modulus számításhoz extenzométer használata kötelező — a keresztfej elmozdulása magában foglalja a gép megfelelőségét és a markolat csúszását, ami 10-30%-os merevségi mérési hibákat eredményez.

Lépésről lépésre: Hogyan használjunk elektronikus univerzális vizsgálógépet

Az elektronikus UTM-ek a legszélesebb körben használt platformok a minőségellenőrzésben és a kutatólaboratóriumokban. A következő eljárás egy szabványos szakítóvizsgálatra vonatkozik, amely a legelterjedtebb vizsgálati típus, megfelel az olyan szabványoknak, mint az ASTM E8, ISO 6892-1 vagy ASTM D638.

1. Kapcsolja be a gépet, és indítsa el a vezérlőszoftvert. Hagyjon legalább 15 perces bemelegedési időszakot, hogy a szervohajtás és a mérőcella elektronikája elérje a termikus egyensúlyt, csökkentve a sodródást.
2. Válassza ki és telepítse a megfelelő mérőcellát. Erősítse meg a névleges kapacitást a mérőcella címkéjén. Húzza meg a rögzítőelemeket a gyártó specifikációi szerint – az alulnyomaték jelzajt okoz; a túlzott meghúzás károsíthatja a jelátalakítót.
3. Szerelje fel a megfelelő fogantyúkat. Az ASTM D638 szerinti kutyacsont-húzó minta esetén szereljen fel ékhatású lapos markolatokat. Győződjön meg arról, hogy a markolat felületei tiszták és szennyeződésmentesek, amelyek egyenetlen rögzítést okozhatnak.
4. Adja meg a minta méreteit a szoftverben. Mérje meg a mérőeszköz hosszát, szélességét és vastagságát kalibrált tolómérőkkel. Kerek minták esetén három ponton mérje meg az átmérőt, és használja az átlagot. A szoftver ezeket az értékeket használja a műszaki feszültség kiszámításához (Erő ÷ Eredeti keresztmetszeti terület).
5. Válasszon vagy hozzon létre egy vizsgálati módszert. Határozza meg: vizsgálat típusát (feszítés, összenyomás, hajlítás), keresztfej-sebességet (például 5 mm/perc fémeknél az ISO 6892-1 A módszer szerint, vagy 50 mm/perc műanyagoknál az ASTM D638 szerint), terhelési és nyújtási határokat, valamint adatgyűjtési sebességet (általában 10–100 Hz).
6. Állítsa nullára a terhelést és a hosszabbítást. Felszerelt fogantyúkkal, de nincs minta betöltve, nullázza le mind az erő-, mind az elmozdulási csatornákat. Ez kiküszöböli a fogantyúk súlyát az erőleolvasásból.
7. Töltse be a mintát. Helyezze be a mintát először az alsó, majd a felső markolatba. Csak annyi szorítóerőt alkalmazzon, hogy megtartsa a mintát – a túlzott előfeszítés befolyásolja a folyáspont mérését.
8. Csatlakoztassa az extenzométert (ha modulust vagy hozamnyúlást mérünk). Helyezze a késéleket pontosan a megjelölt mérőhosszra. 50 mm-es hosszhosszúságú extenzométer esetén ellenőrizze, hogy a mintán lévő mérőjelek pontosan 50 mm-re vannak egymástól.
9. Indítsa el a tesztet. Figyelje az élő terhelés-elmozdulás görbét. A legtöbb szakítóvizsgálatnál a görbének lineáris rugalmas tartományt, folyáshatárt (vagy arányos határt), képlékeny alakváltozást és törést kell mutatnia.
10. Törés után vegye ki a mintát és mentse el a tesztjelentést. A szoftver a rögzített adatokból automatikusan kiszámítja az UTS-t, a folyáshatárt, a szakadási nyúlást és a Young-modulust.

Egy tipikus elektronikus UTM szakítóteszt acélszelvényen 5 mm/perc sebességgel körülbelül 3-8 percet vesz igénybe a minta betöltésétől a törésig, a hajlékonyságtól függően.

Lépésről lépésre: Hogyan használjunk egy hidraulikus univerzális vizsgálógépet

A hidraulikus UTM-ek a standard platform a nehéz szerkezeti vizsgálatokhoz. Az alábbi eljárás acél- vagy betonminták nagy erejű húzó- vagy nyomóvizsgálatára vonatkozik.

1. Ellenőrizze a hidraulikafolyadék szintjét és állapotát. A kevés folyadék nyomásesést okoz a teszt közepén; a szennyezett folyadék rontja a szervoszelep teljesítményét. Csak a kézikönyvben meghatározott folyadékminőséget használja (általában ISO VG 46 hidraulikaolajat).
2. Indítsa el a hidraulikus tápegységet (HPU). Hagyja a szivattyút 5–10 percig járni, hogy a folyadék keringjen, és elérje az üzemi hőmérsékletet (általában 40–50°C). A legtöbb gép a folyadék hőmérsékletét mutatja a vezérlőpulton.
3. Válassza ki a tesztkonfigurációt. Az ASTM C39 szerinti 150 mm-es betonhengeren végzett nyomóvizsgálathoz szereljen fel kompressziós lemezeket. Az ASTM A615 szerinti betonacél szakítószilárdsági vizsgálatához szereljen fel a rúd átmérőjének megfelelő hidraulikus ékmarkolatokat.
4. Konfigurálja a szervovezérlőt. Állítsa be a terhelésvezérlést vagy az elmozdulásvezérlési módot. A kvázistatikus anyagvizsgálatoknál az elmozdulás meghatározott sebességű szabályozása (pl. 0,25 MPa/s feszültségi sebesség betonkompresszió esetén az ASTM C39 szerint) szabványos. A szerkezeti elemek vizsgálatánál általános a terhelésszabályozás.
5. Állítsa nullára az erőmérő cellát és a helyzetátalakítót (LVDT). Ha nincs terhelt minta, állítsa mindkét csatornát nullára a vezérlőszoftveren vagy az előlapon keresztül.
6. Helyezze el és rögzítse a mintát. Nyomási vizsgálatokhoz a mintát ±1 mm-en belül központosítsa a felső lap alá, hogy elkerülje az excentrikus terhelést, amely mesterségesen akár 15%-kal csökkenti a mért szilárdságot.
7. Alkalmazzon kis előterhelést (érintkezőterhelés). A hidraulikus gépek kis előterhelésben részesülnek (jellemzően a várt maximum 1–5%-a), hogy a mintát behelyezzék, és kiküszöböljék a rögzítések lazaságát a szabályozott rámpa elindítása előtt.
8. Futtassa a tesztet. A szervoszelep modulálja a hidraulikus áramlást, hogy fenntartsa a programozott terhelést vagy elmozdulási sebességet. Figyelje a rendszernyomást – ha a nyomás megközelíti a biztonsági szelep beállítását, azonnal állítsa le a tesztet.
9. A minta meghibásodása után lassan csökkentse a nyomást a fogantyúk kinyitása vagy a lemezek eltávolítása előtt. A hirtelen nyomáskiengedés a lámpatest kilökését okozhatja nagy erejű beállításoknál.
10. Állítsa le a HPU-t az összes teszt elvégzése után. Ha a szivattyút szükségtelenül hagyja járni, az rontja a folyadékot és a tömítéseket.

A tesztparaméterek helyes beállítása: Az adatok minőségét meghatározó részletek

A nem megfelelő tesztparaméterek felelősek a nem reprodukálható UTM-eredmények jelentős részéért. Fokozottan ügyeljen a következő beállításokra:

Keresztfej sebessége és nyúlási sebessége

Sok felhasználó megadja a keresztfej sebességét mm/percben, anélkül, hogy figyelembe venné, hogy ez hogyan fordítható le alakváltozási sebességre. A nyúlási sebesség (s⁻¹) = keresztfej-sebesség ÷ mérőhossz. Egy 50 mm-es, 5 mm/perc sebességgel tesztelt minta nyúlási sebessége a 0,1 perc⁻¹ (0,00167 s⁻¹) . A szabványos alakváltozási sebesség 10-szeres túllépése 5-15%-kal növelheti a lágyacél mért folyáshatárát, ami nem összehasonlítható adatokat eredményez.

Tesztleállási feltételek

Mindig határozzon meg legalább két leállási feltételt a szoftverben:

• Terheléscsökkenés (a csúcsterhelés %-a) – általában 20–40%-os terhelésesésre van állítva a csúcstól a törés automatikus észleléséhez
• Maximális kiterjesztési korlát — megakadályozza, hogy a keresztfej túllépjen a markolat elválasztási tartományán, ami károsítaná a gépet

Adatgyűjtési arány

Lassú kvázistatikus vizsgálatokhoz (műanyagok, kompozitok 50 mm/perc sebességgel) 10 Hz elegendő. Gyors töréstesztekhez vagy ütési szomszédos tesztekhez növelje a frekvenciát 100–1000 Hz-re. A túl alacsony arány nem éri el a pontos folyáshatárt vagy a maximális terhelést, ami aluljelentett UTS-értékekhez vezet.

Előtöltés

Egy kis előfeszítés (a várható hibaterhelés 0,5–2%-a) megszünteti a kezdeti lazaságot, és megerősíti, hogy a minta megfelelően illeszkedik. azonban ne nullázza le az extenzométert az előfeszítés alkalmazása után kivéve, ha a tesztszabvány kifejezetten előírja, mivel ez mesterségesen ellensúlyozza a törzs alapvonalát.

Általános vizsgálati típusok és szabványos eljárásaik

Univerzális vizsgálógépek nem korlátozódnak a szakítóvizsgálatra. Az alábbi táblázat összefoglalja a leggyakoribb teszttípusokat, a vonatkozó szabványokat és a legfontosabb beállítási megjegyzéseket.

Biztonsági gyakorlatok, amelyeket nem lehet kihagyni

Az univerzális vizsgálógépek hatalmas erőket hoznak létre kompakt helyen. A 100 kN-os szakítószilárdságú próbatest törése jelentős mechanikai hatásnak megfelelő energiát szabadít fel. Szigorú biztonsági protokollok védik a kezelőket és a berendezéseket.

• Mindig viseljen védőszemüveget és nagy erejű hidraulikus teszteknél arcvédőt. A mintadarabok és a markolat alkatrészek súlyos sérüléseket okoztak nagy energiájú törések során.
• Szereljen fel biztonsági pajzsokat vagy védőburkolatokat a vizsgálati zóna köré, különösen olyan rideg anyagok (kerámia, üveg, öntöttvas) esetén, amelyek figyelmeztetés nélkül összetörnek.
• Teszt közben soha ne álljon egy vonalban a terhelési tengellyel. Álljon a gép oldalára.
• Állítsa be a hardveres végálláskapcsolókat a keresztirányú mozgás mindkét végén. Ezek szoftvertől független fizikai ütközést biztosítanak, megakadályozva, hogy a keresztfej túlságosan elmozduljon, és károsítsa az erőmérő cellát vagy a keretet.
• A hidraulikus UTM-ekhez, soha ne lépje túl a rendszer névleges üzemi nyomását (általában 210-280 bar). A túlnyomás felszakíthatja a hidraulika vezetékeket vagy tömítéseket.
• Minden munkamenet előtt ellenőrizze a markolatokat és a rögzítéseket, hogy nincsenek-e repedések vagy kopások. A terhelés alatti markolat meghibásodása az egyik legveszélyesebb meghibásodási mód az UTM-laboratóriumban.

Kalibrálás és ellenőrzés: Az eredmények nyomon követhetősége

A kalibrálatlan UTM-ek olyan adatokat hoznak létre, amelyek nem használhatók fel mérnöki döntések meghozatalában vagy nem jelenthetők az ügyfeleknek. A legtöbb minőségbiztosítási rendszer legalább éves kalibrálást igényel.

Kényszer kalibrálás

Tanúsított önsúlyú géppel vagy referencia mérőcellával (ISO 7500-1 szerint 0,5 osztály). Az UTM-nek belül kell olvasnia az alkalmazott referenciaerő ±1%-a minden kalibrálási pontban az erőmérő cella teljes tartományában. A kalibrációnak legalább 5 pontra kell kiterjednie a mérőcella kapacitásának 20%-ától 100%-áig.

A keresztfej elmozdulásának ellenőrzése

Használjon kalibrált LVDT-t vagy mérőórát annak ellenőrzésére, hogy a keresztfej megteszi-e a megadott távolságot. Elektronikus UTM-ek esetében a pontosság jellemzően az olvasás ±0,5%-án belül van; A hidraulikus UTM-ek jellemzően ±1%-on belül vannak.

Extenzométer Calibration

Extenzométers must be calibrated to ISO 9513 Class 1 or ASTM E83 Class B1 for modulus measurements. This involves displacing the extensometer a known amount using a micrometer stage and comparing the output. Recalibrate after any drop or physical impact.

Őrizze meg a nemzeti szabványok (NIST, NPL, PTB stb.) szerint nyomon követhető összes kalibrációs tanúsítványt a fájlban, és az ellenőrzések során hozzáférhető. Az olyan szabályozott iparágakban, mint a repülőgépipar (AS9100) vagy az autóipar (IATF 16949), a kalibráción kívüli UTM használata érvényteleníti az utolsó érvényes kalibrálás óta generált összes tesztadatot.

A leggyakoribb problémák elhárítása

Még a tapasztalt kezelők is visszatérő problémákkal szembesülnek. Íme a leggyakoribb problémák és azok kiváltó okai:

A minta megcsúszása a markolatokban

Hirtelen terhelésesésként, mintatörés nélkül, vagy fűrészfog-terhelési görbeként látható. Okok: kopott markolatfelületek, a minta geometriájának helytelen markolattípusa, a minta felületének szennyeződése (olajok, nedvesség) vagy elégtelen szorítónyomás. Megoldás: cserélje ki a markolatbetéteket, tisztítsa meg a mintavégeket, vagy váltson fogazott felületre a sima minták érdekében.

Nem lineáris kezdeti válasz (lábujjrégió)

A feszültség-nyúlás görbe ívelt kezdeti része a lineáris rugalmas tartomány előtt azt jelzi, hogy a minta eltolódott, a terheléssor laza, vagy a minta végfülei nem párhuzamosak. Az ASTM E111 szerint a lábujjrégiót úgy kell korrigálni, hogy az alakváltozási tengelyt eltolja a lineáris rugalmas lejtő és a nyúlási tengely metszéspontjához. Ez a szoftver utófeldolgozása során történik.

Szabálytalan terhelési leolvasások (elektronikus UTM)

Általában sérült mérőcella kábelek, rossz elektromos földelés, közeli berendezések vibrációja vagy elektromágneses interferencia okozza. Először ellenőrizze a kábelcsatlakozókat – ez megoldja a jelzaj-problémák több mint 60%-át. Győződjön meg arról, hogy a keret megfelelően földelve van az épület földeléséhez.

Instabil terhelésvezérlés (Hidraulikus UTM)

Az oszcilláló terhelés terhelésvezérlési módban a szervoszelep szennyeződését, a hidraulikavezetékekben lévő levegőt vagy a minta merevségének helytelen PID beállítását jelzi. Légtelenítse a hidraulikus kört a levegő eltávolításához. Ha az oszcilláció továbbra is fennáll, előfordulhat, hogy a szervoszelepet meg kell tisztítani vagy ki kell cserélni – ez a szervizelési feladat szakképzett technikusok számára.

Rutin karbantartási ütemterv a hosszú távú megbízhatóság érdekében

A megelőző karbantartás közvetlenül meghatározza az UTM használható élettartamát – a jól karbantartott gépek rendszeresen 20 évig működnek. Kövesse az alábbi ütemtervet:

A hidraulikus UTM-ekhez, a folyadék tisztasága az egyetlen legfontosabb karbantartási tényező . Szennyezett folyadék a felelős a szervoszelep-meghibásodások több mint 70%-áért, amelyek a legdrágább hidraulikus UTM-javítások közé tartoznak, és szelepcserénként gyakran 3000–15 000 dollárba kerülnek.