NO812550L - Fremgangsmaate for aa teste materialhaardhet og et trykklegeme for aa utfoere fremgangsmaaten - Google Patents

Description

TEKNISK OMRÅDE

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å teste materialhårdhet. I dette henseende vedrører oppfinnelsen både ytre tésting av materialet og testing av innsidematerialet i et stort sett sylindrisk hulrom. Det finnes et behov for sistnevnte materialtesting, særlig i bygningskonstruksjoner,

og særlig betongkonstruksjoner, men oppfinnelsen er ikke be-grenset til dette spesiélle området.

Oppfinnelsen vedrører også et testelegeme eller trykklegeme for utførelse av ovennevnte fremgangsmåte for hårdhetstesting ifølge oppfinnelsen.

Endelig vedrører oppfinnelsen målingsutstyr for hårdhetstesting, ifølge oppfinnelsen, innenfor et hulrom i materialet.

BAKGRUNNS TEKNIKK

Ved materialhårdhetstesting blir et trykklegeme tvunget inn i materialet. Dette gjøres ved hjelp av en forutbestemt belast-ningskraft eller påtrykket last, og deformasjonene som bevirkes av trykklegemét i det testede materialet måles. Hårdhetstallet korresponderer med belastningskraften og deformasjonene som bevirkes av det er.gitt i tabeller.

Trykklegemene som anvendes kan ha forskjellige former, slik som en kule, kjegle eller pyramide.

Et flertall forskjellige fremgangsmåter er også kjent særlig for testing av avsluttede betongkonstruksjoner. Ved en kjent fremgangsmåte for testing av egenskapene for en betongover-flate, tillates testelegemet å støte mot betongoverflaten, og visse slutninger kan trekkes vedrørende egenskapene for betongen ved hjelp av lydhastighetsmålinger. Ved en kjent fremgangsmåte for måling innenfor betongmaterialet, blir en inn- støpt bolt trukket ut for å bestemme strekkstyrken. Ved en annen kjent fremgangsmåte blir en ekspansjonsbolt som er plassert i et hull trukket ut for å bedømme deformasjonsegenskap-ene for betongen. Disse og andre kjente testemetoder gir ofte testverdier som er vanskelige å fortolke, og krever ofte tungt og kostbart testeutstyr.

BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Konturene av arbeidsdiagrammet oppnådd ved inntrengning av et trykklegeme inn i materialet for testing (heretter henvist til som testmaterialet) bestemmes ved formen av trykklegemet.

Fra diagrammet kan leses punktet ved hvilket plastisk deformasjon i testmaterialet inntreffer, og økningen i plastisk deformasjon korresponderer med økningen i den påførte last,

og dette anses, følge oppfinnelsen, å gjengi materialhårdheten. Arbeidsdiagrammet kan således anvendes direkte som en indika-sjon av materialhårdheten. Kraftveiemåledata kan også behandles for å gi beregnede Verdier i form av tall eller diagrammer. Testefremgangsmåten muliggjør automatisering av målingen og eliminerer behovet for subjektiv bedømmelse. Testing kan videre utføres med minsket deformasjon i testmaterialet. Videre kan testemetoden vise endring i hårdhet av materialet p.g.a. kaldbearbeiding under testen.

Fortolkningen av kraft-ihntrengningsdybde testverdier er enk-lere for visse gitte trykklegemeutførelsesformer, og oppfinnelsen gir direktiver med hensyn til et spesielt egnet trykklegeme for utførelse av ovenfor nevnte testemetode ifølge oppfinnelsen. Med inntrengning i testmaterialet ved hjelp av et slikt trykklegeme ifølge oppfinnelsen, vil testmaterialets overflate som påvirkes av trykklegemet øke lineært med inntrengningsdybden. Materialsonen, som belastes fra null til flytpunktet for materialet, øker i størrelse fra null til en verdi oppnådd ved passering av flytpunktet. Ved fortsatt inntrengning av trykklegemet i testmaterialet, skapes en sone hvor materialet belastes til flytpunktet. Økningen i stør-relse i denne sonen er lineært proposjonal med økningen i inntrengningsdybden. Testen omfatter å måle økningen i størrelse av den plastisk deformerte materialsonen bevirket av økningen i påført belastning etter å ha passert materialets flytpunkt.

Det er her fordelaktig at størrelsen av den elastisk deformerte materialsonen er konstant etter at man har nådd flytpunktet, såvel som at størrelsen av den plastiske deformerte materialsonen er lineært proposjonal med den økte inntrengningsdybden. Disse forhold oppnås ved å anvende det spesielle trykklegemet ifølge oppfinnelsen.

Som angitt innledningsvis, er fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen også anvendbar på testing av materialet i et hulrom laget i dette, særlig i bygningskonstruksjoner og særlig betongkonstruksjoner. Det er her vesentlig å måle en veldefinert betongegenskap, og en slik egenskap er mikro-hårdheten for sementen i betongen. Ved testen innføres trykklegemet i hullet, idet den indre enden av trykklegemet kan utvides og påvirkes av et ekspansjonslegeme, aksialt bevegelig ved hjelp av en aksialt rettet strekkraft, for å tilveiebringe en radielt rettet virkende kraft på det indre av trykklegemet, hvorved innerenden av trykklegemet utvider seg og dens endekant gjennomtrenger radielt i veggen av hullet. Trykklegemet blir samtidig hindret i å endre sin aksielle posisjon i hullet.

For nøyaktig og bestemt bedømmelse av mikro-hårdheten for nevnte sement, kreves god kjennskap til hele ekspansjonsproses-sen. Dette oppnås ved kontinuerlig måling av nevnte virke-kraft og bevegelsen av ekspansjonslegemet i forhold til det utvidbare trykklegemet. Disse målinger kan presenteres grafisk ved hjelp av en x-y kurvetegner. Mikro-hårdheten kan avleses fra et slikt diagram. De målte verdier kan også behandles matematisk. Kraftvariasjonen beregnes i forhold til variasjonen i nevnte dybdeinntrengning. Verdiene som således beregnes kan også presenteres grafisk ved hjelp av en x-y kurvetegner og mikro-hårdheten kan avleses fra diagrammet. Test-resultatet kan også presenteres som et oppnådd stabilt nivå

på et lampepanel eller fremviser. Dette lampepanel eller fremviser kan fortrinnsvis være tilknyttet direkte med test-utstyret anvendt i testen og som er plassert utenfor hullet.

Testefremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for testing av mater-, ialet innenfor materialet, gir lett fortolkbare verdier og muliggjør enkelt og lett håndterlig utstyr, som er stabilt og gir testverdier med meget liten spredning.

Det som er kjennetegnende for oppfinnelsen for å oppnå.ovenfor nevnte fordeler med hensyn til både ytre og indre materialtesting vil fremgå av etterfølgende patentkrav.

I det etterfølgende er oppfinnelsen beskrevet i detalj under henvisning til de vedlagte tegninger.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 illustrerer et pyramideformet eller kjegleformet trykk-legemes inntrengning i et testmateriale. Fig. 2 illustrerer et arbeidsdiagram for inntrengningen av et tilfeldig trykklegeme i et testmateriale. Fig. 3 illustrerer diagrammet i fig. 2, laget til et diagram over den kraft påvirkede overflaten. Fig. 4 illustrerer inntrengningen av et kuleformet trykklegeme i testmaterialet. Fig. 5 illustrer arbeidsdiagrammet for inntrengningen av et kuleformet trykklegeme i et testmateriale. Fig. 6 illustrerer inntrengningen av et ringformet trykklegeme i et testmateriale. Fig. 7 illustrerer arbeidsdiagrammet for gjennomtrengningen av det ringformede trykklegemet i testmaterialet. Fig. 8 illustrerer diagrammet i fig. 2 laget til et diagram over kraftøkningen i forholdet til inntrengningsdybdens økning for inntrengningen av det ringformede trykklegemet i testmaterialet. Fig. 9 illustrerer virkningen av kaldbearbeiding i'diagrammet i fig. 8. Fig. 10 illustrerer en utførelsesform av et apparat med et trykklegeme for materialtesting innenfor et materiale i et hull laget i dette. Fig. 11 illustrerer trykklegemet i større målestokk og dets funksjon ved testing i et hull i materialet.

Fig. 12 er en detaljert forstørrelse av fig. 11.

Fig. 13 er en utførelsesform av en hylsedel av trykklegemet. Fig. 14 illustrerer en annen utførelsesform av trykklegemets hylsedel. Fig. 15 illustrerer til sist en fremgangsmåte for å presentere målinger oppnådd ved en test med et trykklegeme ifølge figurene 10-14.

BESTE MÅTE FOR UTFØRELSE AV OPPFINNELSEN

I fig. 1 er vist et pyramideformet eller kjegleformet trykklegeme 2 som har oppnådd en inntrengningsdybde L i et testmateriale 1 under virkningen av en påført last P.

Fig. 2 viser et diagram med en kurve "a" som viser inntrengningsdybden i forholdet til den påførte last P for trykklegemet vist i fig. 1. Innenfor arealet O-A blir testmaterialet kun utsatt for elastisk deformasjon. En del av testmaterialet er blitt belastet til flytpunktet ved A. Etter A er størrelsen av både materialsonen fra upåvirket inntil flytpunktet, og materialsonen belastede til flytpunktet er øket. Hvis hård-hetsøkningen p.g.a kaldbearbeidingen ignoreres, kan flytpunktet anses å være stort sett konstant. Således er stør-relsen av materialsonen belastede til flytpunktet lineært avhengig av den påførte belastning som virker innenfor denne sonen. Størrelsen av materialsonen fra upåvirket inntil flyt punktet er også avhengig av den påførte belastning som virker innenfor denne sonen.

Med god kjennskap til trykklegemets geometri, kan kurven "a" vist i fig. 2 lages til kurven "b" i fig. 3, hvilken viser størrelsen Y av materialområdet som påvirkes av kraften P i forholdet til påførte belastning P. Testmaterialet utsettes for elastisk deformasjon innenfor arealet 0-B. Innenfor dette areal, har kurven "b" en bueform. Ved B begynner materialet å flyte og deretter har kurven "b" et stort sett lineært forhold mellom P og Y. Økningen av det påvirkede materialarealet Y inneholder en økning av både elastisk og plastisk påvirkede soner.

Den viste vinkelen kan anses å indikere materialhårdheten.

For beregning av vinkelen d trengs minst to målte verdier av den påførte belastning P og kraften som korresponderer med verdien Y. For å være i stand til å bedømme hvorvidt de målte verdier er tatt innenfor arealet etter :B, kreves minst en ytterligere målt verdi for hver av P og Y. Hvis minst to verdier beregnet fra disse målte verdier har den samme stør-relse, kan den beregnedectverdi anses å gjengi materialhårdheten.

I fig. 4 er vist et kuleformet trykklegeme 3, som har trengt inn i et materiale 4. Det påvirkede areal mellom trykklegemet 3 og testmaterialet 4 er lineært avhengig av inntrengnigns-dybden L. Således i arbeidsdiagrammet vist i fig. 5, har kurven "c" for det kuleformede trykklegemet det samme utseende som kurven "b" i det kraftpåvirkede areaidiagram vist i fig. 3, både før og etter linjen C (korresponderende med linjen B). Inntrengningsdybden L representeres således det påvirkede areal Y. Vinkelen^ indikerer materialhårdheten.

Fig. 6 illustrerer et spesielt utformet trykklegeme 5, som ved hjelp av en påført belastning P er bevirket til å gjennom-trenge en dybde L i testmaterialet 6. Trykklegemet er dannet som en ringformet spiss 7 med en profil, som vist, slik at en linje 8 i rett vinkel til et plan gjnnom spissen deler profilen i to stort sett symmetriske profilhalvdelér 9 og 10 med stort sett rette sider 11 oq 12. Trykklegemet kan forsynes med et hull 13 f or gjennomføring av et avf ølingsmiddel 14 for måling av inntrengningsdybden L.

Med et slikt trykklegeme vil den elastiske deformerte sonens størrelse ikke øke etter at man har nådd flytpunktet. Stør-relsen av den plastisk deformerbare sonen er lineært avhengig av økningen av inntrengningsdybden L.

I fig. 7 er vist arbeidsdiagrammet med kurven "d" for trykklegemet 5 vist i fig. 6. Den elastiske deformerte sonen øker under distansen 0-D, for deretter å bli konstant. Den plastisk déformerte sonen øker etter D. Således vil økningen av L etter D direkte representere størrelsen av den plastisk deformerte sonen, og vinkelen0. materialhårdheten.

Testdata ifølge diagrammene i figurene 3,5 og 7 kan matematisk behandles for beregning av økningen i størrelse av den plastisk deformerte sonen i forholdet til økningen i den påførte belastning P som virker på sonen. Verdien som således beregnes kan anses å gi materialhårdheten.

En grafisk fremvisning av verdien "e" som således beregnes,

er illustrert i fig. 8. Linjen E korresponderer med linjene B, C og D i figurene 3, 5 og 7. Den grafiske fremvisning

har det samme utseende som den normale presentasjonsmåte for strekk- og kompresjonsstyrke for materialet.

Økningen i hårdhet av materialet på grunn av kaldbearbeiding under testen er illustrert i fig. 9 ved hjelp av en kurve "f"

i et diagram som korresponderer med fig. 8.

I figurene 10 - 15 er illustrert en foretrukket utførelses-form av en testanordning og foretrukne trykklegemer for materialtesting i et hull laget i materialet, og en fremgangsmåte for å presentere testverdiene.

Testapparatet vist i fig. 10, generelt benevnt med henvisnings- tallet 20, er illustrert i sin bruksposisjon i hullet 21 i testmaterialet 22. Trykklegemet 23 omfatter en ekspansjons-hylse 24 og en ekspansjonsbolt 25. Ekspansjonsbolten 25 omfatter en kjegledel 26 og en skaftdel 27 som delvis er' forsynt med en gjenge.

Testapparatet 20 omfatter en skjerm 28, støtteorgan 29, posi-sjonsindikator 30 støtte for indikatoren 31, mutter 32 og håndtak 33.

Støtteorganet 29 er forsynt med ehstrekkmåler 34 og posisjonsindikatoren 30 er forsynt med en strekkmåler 35. Ekspansjonshylsen 24 hviler mot støtteorganet 29 slik at det er et gap 36 mellom testmaterialet 22 og støtteorganet 29.

Testemåten er vist i fig. 11. Trykklegemet 23 er anordnet

i hullet 21. Trykklegemets hylsedel 24 bevirkes til å ekspandere ved hjelp av trykklegemets kjegleformete del 26 som trekkes inn i hylsedelen 24 ved hjelp av den aksielle strekkraft illustrert ved P. Hylsedélen 24 opprettholder derved sin aksielle posisjon i hullet og kun kjegledelen 26 foretar en aksiell bevegelse. Ved utvidelse trenger kanten 37 av hylsedelen 24 inn i veggen 38 av hullet 21. Den ringformede inntrengning av trykklegemet i testmaterialet oppnås.

En forstørret illustrasjon av frintrengningsstedet er vist i fig. 12. Hylsekanten 32 har trengt inn i hullveggen 38. Et spor med trekantet tverrsnitt dannes i hullveggen som et res-ultat av inntrengningen. Inntrengningsdybden er angitt med "h" og trekantens ben s^ ogS2«Anleggsoverflaten mellom hylsekanten 37 og veggen 38 er (s^+ S2) ganger lengden av hylsekanten. Størrelsen av denne overflate har et lineært forhold til inntrengningsdybden "h". Inntrengningsdybden "h" er avhengig av hårdheten for veggmaterialet og størrelsen av den radielt påførte belastning p. For å bedømme materialhårdheten, er det nok å kjenne størrelsevariasjonen av anleggsoverflaten bevirket av variasjonen i en gitt påført belastning. Endringen i anleggsoverflaten måles ved hjelp av å måle den relative bevegelse mellom hylsen 24 og kjeglen 26. Endringen i den radielt påtrykte belastning "p" måles ved å måle den aksielle strekkraft P som virker på kjeglen 26 relativt hylsen 24.

Trykklegemets hylse 24 kan ha en form som vist i fig. 13, og omfatte to hylsehalvdeler 39 og 40. Trykklegemet 24 kan også utformes som vist i fig. 14, hvor det er forsynt med 3 finger-lignende hylsepartier 41 som holdes sammen av et félles hylse-parti 42.

Testing i apparatet vist i fig. 10 utføres på den følgende måte.

Hullet 21 bores i testmaterialet 22. Trykklegemet 23 monteres i testapparatet 20 slik at hylsen 24 hviler mot støtteorganet 29. Ekspansjonsbolten 29 føres gjennom hullene 43 og 44 i henholdsvis skjermen 28 og støtteorganet 29, og holdes i sin stilling av mutteren 32. Trykklegemet 23 innføres i hullet 21 i testmaterialet 22 slik at ekspansjonshylsen 24 har en utvidelse som svarer til gapet 36 utenfor testmaterialet. Ved å dreie mutteren 32, bevirkes ekspansjonshylsen til å ekspandere og trenge inn i testmaterialet 22. Aksielle krefter som derved oppstår måles av støtteorganet 29 forsynt med strekkmålerne 34. Den aksielle bevegelsen av ekspansjonsbolten 25 måles ved at den aktiverer posisjonsindikatoren 13 forsynt med strekkmålerne 35.

Ved avslutning av testen, blir mutteren 32 skrudd av ekspansjonsbolten 25 og testapparatet 20 fjernet. Med kraften på ekspansjonsbolten 25, blir sistnevnte tatt ytterligere inn i hullet 21 slik at grepet mellom kjeglen 26 hos ekspansjonsbolten og hylsen 24 opphører. Etter fjerning av hylsen 24

fra hullet 21, kan bolten 25 også fjernes.

Fig. 15 illustrerer eksempler på presentasonen av testverdier.

Målingene som er gjort av strekkmålerne 34 og 35 presenteres av en x-y kurvetegner.

Kurven k-^illustrerer den relative aksielle bevegelse L for ekspansjonskjeglen 26 i forholdet til ekspansjonshylsen 24 som svar på aksielle krefter P. I begynnélsesområdet Li, er forholdet mellom P og L variabelt. Forholdet blir deretter konstant, idet helningeny indikerer materialhårdheten.

Etter matematisk behandling åv måledataene, kan størrelsen av helningen presenteres, eventuelt i formen av en kurve k.^som likeledes er vist i fig. 15.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for testing av materialhårdhet ved hjelp av et testelegeme eller trykklegeme som trenger inn i materialet under virkningen av en kraft som virker på trykklegemet, hvor målingen som kjennetegner hårdheten finner sted for minst to separate kraftstørrelser, karakterisert ved at for de separate størrelser av den pålagte kraft (P) måles inntrengningsdybden (L) bevirket av kreftene for bestemmelse av at inntrengningsdybdens variasjon er konstant i forholdet til kraftøkningen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved . at målingen utføres kontinuerlig under testen.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at testen utføres med et trykklegeme, som, etter oppnådd flytpunkt ikke øker størrelsen av den elastiske deformerte sonen, men kun størrelsen av den plastisk deformerte sonen, idet sistnevnte er lineært avhengig av økningen av inntrengningsdybden.

4. Fremgangsmåte som angitt i ét hvilket som helst av de foregående krav, idet testen utføres ved hjelp av et trykklegeme, hvis innerende er utvidbar, idet trykklegemet innføres i et hull i testmaterialet, karakterisert ved at en radiell kraft tilveiebragt ved hjelp av en aksialt påført kraft i hullet utvider den indre enden av trykklegemet for inntrengning i hullets vegg, idet den aksielle posisjon for trykklegemets ende som trenger inn i hullets vegg opprettholdes under testen.

5. Trykklegemet for utførelse av fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst av de foregående krav under virkningen av en kraft som virker på dette, idet måling som kjennetegner hårdheten finner sted for minst to separate kraftstørrelser, og hvor inntrengningsdybden bevirket av de separate størrelser av den påtrykte kraft måles for å bestemme at variasjonen i inntrengningsdybder i forholdet til kraftøkningen er konstant, karakterisert ved at delen (7; 37) av trykklegemet (5; 23) anordnet i testmaterialet (6, 22) under inntrengningen dannes som en ringformet knivlignende kant med en profil som i tverrsnitt har stort sett rette sider (11, 12).

6. Trykklegeme som angitt i krav 5, karakterisert ved at nevnte profil er stort sett symmetrisk i tverrsnitt relativt en linje (8) gjennom kanten (7) i rett vinkel til planet felles for kantene.

7. Trykklegeme som angitt i krav 6, karakterisert ved at i rommet mellom de ringformede kantene er det bevegelig anordnet et avfø lingsmiddel (14) for måling av relativ bevegelse mellom trykklegemet (5) og testmaterialet (6) .

8. Trykklegeme som angitt i krav 5 for testmåling i et hull i testmaterialet, karakterisert ved at trykklegemet (25) omfatter en hylse (24) som er innførbar i hullet (21), idet den indre enden av nevnte hylse innført i hullet er utvidbar, og et skaft anordnet gjennom hylsene og forsynt med et kjegleformet endeparti (26) for å utvide den indre hylse-enden for inntrengning av denne i testmaterialet ved forflyttning av det kjegleformede endepartiet mot hylse-enden, idet den motsatte enden av hylsen (24) understøttes mot en støttedel (29).anordnet på utsiden av hullet (21).

9. Trykklegeme som angitt i krav 8, karakterisert ved midler (34) for å måle aksiell kraft (P) for forflyttning av det kjegleformede endepartiet 26 mot hylsens ende for nevnte utvidelse, og midler (35) for å måle den relative bevegelsen mellom hylsen (24) og det kjegleformede endepartiet for nevnte utvidelse.