Technisch Werken

Wat is metaalmoeheid en wat zijn de oorzaken van metaalmoeheid?

Metaal kan door langdurige zware belasting of frequente kortdurende belasting bepaalde eigenschappen verliezen die verband houden met de sterkte, elasticiteit en hardheid van metaal. Dit verschijnsel wordt ook wel metaalmoeheid genoemd. Wanneer metaalmoeheid in een staalconstructie optreed kan het staal door de voortdurende belasting gaan vervormen. Hierdoor worden de  eigenschappen van de staalconstructie minder. Het is belangrijk dat metaalmoeheid in een constructie tijdig wordt geconstateerd. Wanneer dit namelijk niet gebeurd zal metaalmoeheid  de kwaliteit van de constructie steeds verder aantasten. Uiteindelijk kan door metaalmoeheid een deel van de metaalprofielen gaan verbuigen, scheuren of zelfs breken. Metaalmoeheid wordt ook wel vermoeiing van metaal genoemd.

Oorzaken van metaalmoeheid
Metaalmoeheid uit zich pas wanneer de staalconstructie al een tijd in gebruik is genomen en onder belasting is komen te staan. De oorzaak van metaalmoeheid kan liggen in het verkeerd bouwen van een staalconstructie. Bepaalde delen van een staalconstructie kunnen tijdens het bouwen onder spanning komen te staan. Daarnaast kan gebruik zijn gemaakt van beschadigde profielen of van profielen die niet de gewenste sterkte hebben. Voor bijvoorbeeld de bouw van loodsen is het belangrijk dat de staalconstructie op een stevig fundament staat. Wanneer dit niet gebeurd kunnen bepaalde delen van de staalconstructie zwaarder belast worden omdat de constructie kan verzakken.

Een belangrijk deel van de metaalmoeheid kan worden voorkomen tijdens het ontwerpen van de constructie in de tekenkamer. Een constructeur moet bij het ontwerp van een constructie goed rekening houden met de belasting waaraan de constructie in de praktijk komt bloot te staan. Het ontwerp is gebaseerd op een uitgangsbelasting. Stalen liggers worden normaal gesproken in een ontwerp verwerkt op basis van tachtig procent van de verwachte capaciteit. Ook van andere onderdelen van bijvoorbeeld een loods of machine is van te voren de verwachte belasting in kaart gebracht. Metaalmoeheid kan zowel in statische objecten plaatsvinden als in roterende metalen objecten. Bij de ontwikkeling van machines en constructies wordt door de constructeur rekening gehouden met deze belasting.

Wanneer de constructie of machine niet conform de richtlijnen wordt gebouwd is de kans aanwezig dat het metaal onder zwaardere belasting komt te staan dan in het ontwerp is aangegeven. Daarnaast komt het in de praktijk ook voor dat een machine of constructie zwaarder wordt belast dan het oorspronkelijke doel waarvoor het ontworpen werd. Wanneer staal voortdurend maximaal wordt belast of nog zwaarder wordt belast ontstaat er rek in het metaal. Wanneer deze rek te groot wordt ontstaat vervorming. Het materiaal wordt namelijk vermoeit door de voortdurende overbelasting. Vervorming die boven de maximale rekgrens plaatsvind en doorzet zorgt voor blijvende schade aan de constructie wanneer dit niet probaat wordt opgelost. Er wordt in de constructieleer ook wel over vloeigrens gesproken. Deze grens is bijna gelijk aan de rekgrens.

Hoe kan metaalmoeheid worden herkent?
Metaalmoeheid kan worden herkend aan de vervorming van metaal. Deze vervorming kan op verschillende manieren plaatsvinden. Zo kunnen delen van een constructie doorbuigen of gaan scheuren. De manier waarop de vervorming plaatsvind is afhankelijk van het soort metaal of de legering. In de metaalkunde wordt aandacht besteed aan het fenomeen vermoeiing. Er zijn specialisten in de metaalkunde die specifiek geschoold zijn voor het onderzoeken van metaalmoeheid en de gevolgen daarvan. De gegevens die uit deze onderzoeken naar voren komen worden verwerkt in rapporten. Deze informatie is van groot belang voor constructeurs.

Koudgewalst of warmgewalst staal
Er een verschil tussen warmgewalst staal en koudgewalst staal. In een constructie met warm gewalst staal zal de metaalmoeheid geleidelijk optreden. Koudgewalst staal ontstaat wanneer  warmgewalst staal afgekoeld wordt en vervolgens koud wordt  gewalst. Door deze extra bewerking is koudgewalst staal duurder dan warmgewalst staal. Het koudwalsen van staal zorgt er voor dat het metaal harder wordt. Hierdoor neemt de sterkte toe maar de vervormbaarheid af. Wanneer metaalmoeheid optreed bij koudgewalst staal zal er sneller een scheur of breuk ontstaan.

Metaalmoeheid voorkomen
Metaalmoeheid kan voor een groot deel worden voorkomen wanneer de constructeur zich houd aan de eigenschappen van de metaalsoorten en geen constructie ontwerpt die te zwaar belast is of onder normaal gebruik te zwaar belast kan worden. Er kunnen natuurlijk altijd extreme omstandigheden ontstaan waar een constructeur geen rekening mee kan houden. Hierbij kan gedacht worden aan overstromingen, aardbevingen en orkanen. In gebieden waar regelmatig aardbevingen plaatsvinden zorgen constructeurs echter wel voor speciale constructies die een bepaalde elasticiteit hebben. Hierdoor kunnen de gebouwen, bruggen en andere constructies de krachten van een aardbeving redelijk compenseren. Het is natuurlijk de vraag of het gebouw na afloop van de aardbeving nog wel veilig is.

Bij het maken van constructies moeten de monteurs zich houden aan de richtlijnen die op de tekening en beschrijving zijn aangegeven. Desondanks kunnen wel constructiefouten ontstaan. Men kan de tekening niet goed lezen of bepaalde onderdelen van de constructie niet goed aan elkaar bevestigingen. Dit kan gebeuren door uitneembare verbindingen zoals bouten niet voldoende aan te draaien of een las verkeerd te plaatsen. Daarom zijn bedrijven in de staalconstructies tegenwoordig verplicht om hun lasmethodes te beschrijven. Ook de lassers moeten worden gecertificeerd om conform de normen te lassen. Hierdoor kunnen constructiefouten worden voorkomen.

Deel dit artikel!

Als senior intercedent bij een groot technisch uitzendbureau is Pieter Geertsma verantwoordelijk voor het bemiddelen van personeel in het marktsegment werktuigbouwkunde. Daarnaast is hij landelijk aanspreekpunt voor vragen over dit marktsegment en de ontwikkelingen die daarin plaatsvinden. Door intensieve samenwerking met interne en externe collega’s heeft hij een goed beeld van de totale technische markt. Hierdoor krijgt hij naast nieuws over techniek, innovaties en arbeidsmarkt ook actuele vacatures binnen.

Getagd met , , , , , , , , , , ,
Geplaatst in Techniek
Like ons op Facebook!