Ensayo de chapa gruesa

Las chapas gruesas de acero se emplean en grandes construcciones, como puentes de gran envergadura, en la construcción naval, en construcciones offshore, como plataformas petrolíferas y turbinas eólicas, pero también para equipos pesados como grúas y excavadoras. Las chapas gruesas también se emplean para tubos grandes de transporte de aceite de largos tramos.
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En muchos ámbitos de aplicación, es necesario tener en cuenta los valores característicos o límites de las especificaciones para garantizar una larga aplicación. Según el uso previsto de la chapa, se determinan los valores característicos relevantes y necesarios con métodos de ensayos distintos . Los detallados para este segmento son métodos usados habitualmente para chapas gruesas. En aplicaciones o usos especiales, pueden ser necesarios otros métodos de ensayos que no mencionamos aquí, para garantizar un funcionamiento seguro y duradero.

Las chapas gruesas de acero tienen unas dimensiones de aprox. cuatro metros de ancho y, como mínimo, más de 250 milímetros de espesor y una longitud de hasta veinte metros. Se fabrican mediante el método de desbaste plano laminado termomecánico reversible. 

Ensayos de tracción

Los ensayos de tracción en chapas gruesas se llevan a cabo principalmente de acuerdo con las normas reconocidas internacionalmente y muy extendidas ISO 6892-1 y ASTM E 8. La norma ISO 6892-1 es a su vez idéntica a una norma europea (EN ISO 6892-1) y, por ello, también tiene validez dentro de los países de la Unión Europea. (p. ej. en Alemania como DIN EN ISO 6892-1). Las probetas de tracción para este ensayo se extraen de chapa gruesa con el fin de mantener inalterado el espesor de la probeta en medida de lo posible. Las probetas de tracción tienen una sección bastante grande y requieren generalmente máquinas de ensayos de materiales de rangos de carga más elevados o incluso de máxima capacidad. La longitud paralela o la parte de la probeta deformada bajo carga se fabrica con fresado. El espesor no procesado y el fresado y pulido del ancho de probeta asegura que la probeta no varíe demasiado y, por ello, que las características de los materiales sean difícilmente influenciables. 

Amplia gama de soluciones para el ensayo

Zwick ofrece para la determinación de los valores característicos del ensayo de tracción una amplia gama de sistemas de ensayo de serie y de equipos a medida del cliente con capacidades hasta 2.500 kN. Con estos sistemas de ensayo se pueden determinar las propiedades características de los materiales según las normas y con gran precisión. Las mordazas hidráulicas Zwick de cierre paralelo de Zwick garantizan la perfecta sujeción y el control de las probetas durante el proceso de ensayo. El deslizamiento de la probeta en las mordazas hidráulicas se puede evitar en todos los casos. 

Medición de la deformación normalizada

En la mayoría de los casos, la medición de deformación normalizada la realizan extensómetros longitudinales por contacto u ópticos (sin contacto) automáticos. La solución clásica y muy valorada por su larga experiencia es un extensómetro para el ensayo de probetas de chapa gruesa del makroXtens de la empresa Zwick. Gracias a su construcción mecánica, el makroXtens es una fusión de alta resolución y máxima precisión con gran robustez, incluso en ambientes adversos. Por su construcción mecánicas de gran robustez, la medición de deformación se lleva a cabo de forma continua hasta la rotura. Con ello, se puede determinar automáticamente la deformación a rotura, sin que la probeta se desgarre con esfuerzo y medición manual al juntar los restos de probeta. 

Medición de la deformación hasta rotura

La solución innovadora para la medición de deformación hasta la rotura de la probeta es el laserXtens. El laserXtens también cumple con éxito los requisitos establecidos por la norma (ISO 6892-1, ASTM E 8, e ISO 9513 y ASTM E 83) para probetas de chapa gruesa. El laserXtens no requiere el marcado de la probeta; gracias al principio de medición el laserXtens puede utilizar la marca generada por la propia luz láser en la superficie. La evaluación óptica de dicha "automarca" se produce de forma que incluso la cascarilla y el desprendimiento de la cascarilla no moleste este marcado automático. 
Tanto la ISO 6892-1 como la ASTM E 8 permiten, desde el año 2009, controlar y regular la velocidad de ensayo a través de la velocidad de deformación (también denominada tasa de deformación). Las tolerancias requeridas en las normas para la regulación de la velocidad de deformación (especialmente la de "closed loop") se pueden cubrir perfectamente con los dos extensómetros makroXtens y laserXtens. 

Ensayos de dureza

Los ensayos de dureza en chapas gruesas se llevan a cabo bajo diferentes aspectos. Según la cuestión se utilizan métodos de dureza según la ISO 6506-1, (Brinell), ISO 6507-1 (Vickers), ISO 6508-1 (Rockwell), así como según la ASTM E 10 (Brinell), ASTM E 384 (Vickers y Knoop) y ASTM E 18 (Rockwell). Además, se emplean otros métodos y directrices para determinados campos de aplicación (p. ej. para algunas áreas de aplicación de la industria aeronáutica y aeroespacial, la norma europea EN 2002-7); para uso en gran superficie y no destructivo también se emplean los denominados métodos QEM (p. ej. el método 3MA), descritos en la directiva VDI/VDE 2616-1 (ensayo de dureza en metales). 

Verificación y garantía de la dureza media global 

Un aspecto del ensayo de dureza es verificar y garantizar la dureza media global de las chapas tras el laminado. El laminado es un proceso termomecánico con el que, además del ajuste del espesor de la chapa también se determinan propiedades mecánicas. Para este ensayo de dureza se emplean métodos con fuerzas más elevadas para determinar la estructura ocasionalmente gruesa. Preferentemente, se emplean los métodos Brinell o Rockwell. En el caso de chapas gruesas, a menudo, se emplean equipos de ensayos portátiles, que se pueden utilizar in situ en la pieza original. En caso de utilizar durómetros estáticos, se recogen muestras de las chapas gruesas. Estas sirven propiamente de probetas o bien se extraen probetas a partir de muestras para el ensayo de dureza y, si es necesario se preparan para el ensayo de dureza. 

Verificación de la estructura con ensayos de dureza en componentes

Otro aspecto del ensayo de dureza es la verificación de la estructura mediante ensayos en componentes del granulado. Debido al reducido tamaño de los componentes del granulado, se emplean equipos de dureza de fuerzas reducidas a muy reducidas, generalmente equipos de microdureza estáticos, cuyos tamaño y profundidad de la huella se pueden adaptar a los componentes del granulado mediante las fuerzas de penetración. 
La gama de productos Zwick ofrece equipos de dureza para todos los métodos. Los equipos de dureza Zwick cumplen las normas internacionales más comunes y, del mismo modo, se pueden calibrar de acuerdo con las normas internacionales correspondientes. La compañía Zwick está acreditada como laboratorio de dureza para la calibración de equipos de dureza según la certificación DAkkS.
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Ensayo de flexión por impacto

La resiliencia es una variable de gran importancia para aplicaciones en la construcción de oleoductos y naval, cuyo valor característico se puede determinar con péndulos de impacto mediante probetas Charpy. El método de ensayo está definido y establecido en la norma internacional ISO 148-1 y en la ASTM E 23. La norma ISO es idéntica a una norma europea (EN ISO 148-1). Las probetas con entalle normalizadas se colocan manualmente, con dispositivos de alimentación o sistemas automatizados, para romperse, a continuación, con energías de hasta 750 J. Los ensayos se llevan a cabo a temperatura ambiente, pero también a bajas temperaturas para determinar, entre otros, la temperatura de transición de escalón superior a escalón inferior a bajas temperaturas. Para obtener la temperatura adecuada de las probetas, Zwick ofrece baños de templado hasta -70 °C o cámaras de temperatura de hasta -180 °C. La directiva de maquinaria establece elevadas exigencias de seguridad en la operación de péndulos de impacto. Con sus técnicas de seguridad sofisticadas y la carcasa de protección, Zwick cumple todos los requerimientos de las directrices de seguridad europeas.
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Ensayo de tenacidad de rotura

La resistencia a la fractura KIc es un valor característico muy importante para materiales metálicos, especialmente en aquellas aplicaciones relacionadas con la seguridad, tales como la construcción aeronáutica, de plantas eléctricas, pero también automovilística. La tenacidad a la fractura se determina con una probeta fisurada previamente de forma artificial. La probeta se fisura generalmente por el entallado y su posterior fisuración hasta alcanzar una determinada longitud de grieta. La probeta se somete a carga casi estática hasta rotura. A partir de la curva de fuerza-deformación y de la longitud de la fisura se puede determinar la resistencia a la fractura KIc. La norma ASTM E 399 define aquí cómo ha de realizarse el ensayo. Otras normas relevantes son ASTM E 813, E 1152 y E 1290.

 Ensayo en dos etapas para determinación KIc

El ensayo de dos etapas para la determinación Klc se puede realizar de forma muy eficiente con pulsadores de alta frecuencia (Vibrophore) y, a continuación, con las máquinas de ensayo Zwick. La propagación de la fisura se provoca por el entalle mecánico de la probeta sometida a una carga cíclica. El proceso previo para realizar una fisura definida es muy rápido, gracias a la alta frecuencia de los pulsadores de alta frecuencia (Vibrophore), y muy reproducible, por la elevada sensibilidad de la frecuencia de la resonancia ante la formación de la fisura.

Probeta compacta (Probeta CT)

La geometría de probeta más utilizada se denomina probeta compacta o probeta CT (ingl.: Compact Tension). La carga se aplica a través de unos bulones insertados en los orificios, a través de la cual se genera una carga mixta de tracción-flexión.

Probetas SENB

Además de las probetas CT, también se utilizan probetas de flexión, las denominadas probetas SENB. Mientras que la situación de carga de una probeta de flexión es más simple que la de una probeta CT, el volumen necesario de probetas es notablemente más alto. Se puede ver perfectamente ilustrado en las imágenes.

Sistemas de ensayos automatizados

El manejo seguro y preciso de probetas pesadas durante el ensayo de tracción establece elevadas exigencias a la operación. Zwick ofrece soluciones con sistemas completamente automatizados para cubrir estos requisitos: Liberación de cargas de trabajo, reducción de la intervención del operario sobre el ensayo y aumento de la fiabilidad. El concepto de automatización Zwick está pensado para clasificar las probetas de ensayo manualmente en el cargador. A partir de este momento, almacenamiento de las probetas, todo el proceso de ensayo transcurre de forma completamente automática, incluso la clasificación de los restos para su posterior inspección. En este proceso totalmente automatizado se pueden integrar, según las exigencias, instrumentos de medición adicionales a las máquinas de tracción, especialmente el instrumento de medición de la sección de Zwick con cuatro sensores independientes de aplicación automática para determinar con precisión el área de sección de las probetas.
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