Wat is insnoering en wanneer ontstaat insnoering?

Insnoering is een situatie die kan ontstaan bij het vervormen van elastisch materiaal. Elastisch materiaal kan plastisch deformeren. Insnoering ontstaat wanneer elastisch materiaal zover wordt opgerekt dat het bijna breekt. In feite is insnoering het moment dat vlak voor de breuk ontstaat. Insnoering kan daardoor alleen ontstaan bij materiaal dat opgerekt kan worden. Bros materiaal kan niet insnoeren.

Hoe ontstaat insnoering?
Een taai materiaal kan men oprekken door een bepaalde kracht op het materiaal uit te oefenen. Hierdoor wordt het materiaal vervormt. Het materiaal zal eerst elastisch vervormen, dit houdt in dat het materiaal oprekt. Als er meer kracht op het materiaal wordt uitgeoefend dan zal het materiaal plastisch vervormen. Plastische vervorming ontstaat wanneer er meer kracht op het materiaal wordt uitgeoefend dan de vastgestelde treksterkte. Een plastische vervorming houdt in dat het materiaal blijvend van vorm is verandert en na het wegnemen van de kracht niet meer in de oorspronkelijke vorm zal terugkeren. Nadat de plastische vorming is ingetreden zal het materiaal gaan vloeien als de kracht op het materiaal aanwezig blijft. Vlak daarvoor vindt de insnoering plaats.

Insnoering ontstaat wanneer de vloeigrens zijn intrede doet.  De oppervlakte van het materiaal dat loodrecht ten opzichte van de kracht staat wordt kleiner. Vanaf dat moment wordt het materiaal dunner en is er minder kracht nodig om het materiaal nog verder op te rekken. Als de vloeigrens wordt overschreden zal het materiaal langer en dunner worden. Dit wordt ook wel vloeien genoemd. Als het vloeien niet wordt gestopt door het wegenemen van de belasting of kracht zal het materiaal ernstig verzwakken en uiteindelijk breken.

Insnoering en constructie
Een constructeur ontwerpt machines en constructies in de werktuigbouwkunde en metaaltechniek. Werknemers in deze functies hebben over het algemeen veel verstand van de eigenschappen van materialen. Deze informatie is van groot belang voor het ontwerpen van constructies, casco’s, frames en machines. Het materiaal waaruit deze objecten bestaan mag niet boven de vloeigrens belast worden omdat de gevolgen dan zeer ernstig kunnen zijn. Hoe hoger de vloeigrens van een metaal hoe taaier het materiaal is.

Constructeurs en engineers hebben veel kennis van de eigenschappen van metalen. Mochten ze echter meer informatie nodig hebben dan kunnen ze over het algemeen contact zoeken met een expert. Dit is meestal een metallurg. De metallurgie is gericht op het onderzoeken en beschrijven van de eigenschappen van metalen. Een metallurg weet daardoor de eigenschappen van metalen goed te benoemen zodat de constructeur hiermee rekening kan houden in zijn of haar ontwerpen.

Wat is niet-destructief onderzoek en waar wordt NDO onderzoek voor gebruikt?

Niet- destructief onderzoek wordt gebruikt om de kwaliteit van een object te onderzoeken zonder dat het object daarbij wordt beschadigd. Deze vorm van onderzoek wordt ook wel afgekort met NDO en in het Engels non destructive testing genoemd. De kwaliteit en bruikbaarheid van het object dat niet- destructief wordt onderzocht blijft hetzelfde. Hiermee verschilt Niet-destructief onderzoek van Destructief Onderzoek (DO). In de laatste methode van kwaliteitsonderzoek wordt het onderzochte object wel beschadigd of verkleind.

Vaak wordt met Destructief Onderzoek slechts een deel van een object getest omdat anders het totale object wordt vernietigd. NDO kan indien nodig worden gebruikt voor het onderzoeken van een geheel object. Het object wordt immers niet beschadigd en kan na een positief onderzoeksresultaat nog worden gebruikt voor het doeleinde waarvoor het is gemaakt. Na het NDO worden de kwaliteitseisen die aan het product worden gesteld vergeleken met de onderzoeksresultaten die in het NDO rapport zijn weergegeven.

Ontwikkeling van niet-destructief onderzoek NDO
Er zijn verschillende manieren om kwaliteit van objecten te onderzoeken. Zo kan er gebruik worden gemaakt van röntgenfoto’s of geluidsgolven. De afgelopen jaren is een grote diversiteit aan nieuwe onderzoekstechnieken ontwikkelen die geschikt zijn voor niet- destructief onderzoek. De toename aan onderzoekstechnieken heeft voor een belangrijke mate te maken met de toepassing van elektronica en elektrotechniek. Daarnaast zorgen de ontwikkelingen en veranderingen in nationale en internationale normen, standaards, codes en eisen er voor dat er voortdurend nieuwe onderzoeksmethodes moeten worden ontwikkeld.

Veel voorkomende  varianten van NDO
Onderstaande vormen van niet-destructief onderzoek worden toegepast in de praktijk. Dit is slechts een opsomming van algemene vormen van NDO. Deze algemene vormen van NDO kunnen weer verder worden onderverdeeld in specifieke NDO onderzoekstechnieken.

  • Visuele inspectie
  • Oppervlaktescheuronderzoek
  • Wervelstroomonderzoek
  • Ultrasoon onderzoek
  • Hardheidsmetingen
  • Radiografie
  • Neutrografie
  • Replica
  • Akoestische emissie
  • Lekdetectie
  • Persproef
  • Thermische inspectiemethoden
  • Holografische interferometrie
  • Scheurdieptemetingen
  • Laagdiktemetingen
  • Materiaalidentificatie

NDO in de praktijk
Welke variant van niet- destructief onderzoek ook wordt gebruikt het belangrijkste kenmerk van deze onderzoeken blijft hetzelfde, namelijk de kwaliteit van het onderzochte product blijft nagenoeg gelijk. Het verrichten van NDO wordt door speciaal opgeleid personeel gedaan. Een niet- destructief onderzoeker of een NDOer weet precies hoe bepaalde materialen en producten onderzocht moeten worden doormiddel van een specifieke NDO-methode. Hij of zij is goed op de hoogte van de internationale richtlijnen en standaards waaraan een product moet voldoen.

Wat is het verschil tussen gereedschappen en materialen?

De techniek is een belangrijke sector in het Nederlandse bedrijfsleven. Zonder de technische sector worden geen nieuwe machines, apparaten en producten ontwikkeld en gefabriceerd. Daarnaast kan zonder de technische sector niets worden gebouwd. De technische sector is heel breed. Er worden in deze sector oplossingen bedacht, ontwikkelt en uitgetekend. Daarnaast worden de ontworpen producten in uitvoerende techniek vervaardigd en geproduceerd. Dit kan op verschillende manieren gebeuren. In de techniek word gebruik gemaakt van gereedschappen en materialen. Hieronder zijn de begrippen gereedschap en materiaal nader omschreven.

Wat zijn materialen
Voor het vervaardigen van producten kan gebruik worden gemaakt van verschillende soorten materialen. Materialen hebben specifieke eigenschappen die er voor zorgen dat materiaal geschikt is voor bepaalde toepassingen. Hierbij wordt onder andere gekeken naar de elasticiteit en de sterkte van materialen. Ook de hardheid en de corrosiebestendigheid speelt een rol bij de keuze van materialen. Daarnaast zijn bepaalde materialen heel kostbaar. Goed en zilver zijn bijvoorbeeld goed bestand tegen corrosie en geleiden elektriciteit goed. Deze materialen zijn daardoor geschikt voor verschillende toepassingen. De prijs van deze edelmetalen zorgt er echter voor dat goud en zilver niet overal in de techniek worden toegepast. Vaak wordt gekeken naar goedkopere vervangers die wel zoveel mogelijk dezelfde eigenschappen hebben als de kostbare materialen. Doormiddel van legeringen kunnen de eigenschappen van metalen worden geoptimaliseerd. Een goed voorbeeld hiervan is roestvaststaal. Wanneer roestvaststaal aan zeer hoge kwaliteitseisen met betrekking tot corrosievastheid moet voldoen worden Duplex roestvaststaalsoorten gebruikt. Een legering kan de eigenschappen van verschillende metalen verbeteren. Voor het bevestigen en bewerken van materialen worden gereedschappen gebruikt. In de volgende alinea is informatie weergegeven over gereedschappen.

Wat zijn gereedschappen?
Gereedschap is een algemeen begrip voor verschillende hulpmiddelen waarmee materialen en werkstukken kunnen worden bewerkt en bevestigd. Met gereedschappen worden bewerkingen uitgevoerd door mensen maar ook door machines en dieren. Men spreekt van een instrument wanneer men het heeft over een zeer specialistisch gereedschap. De term werktuig wordt over het algemeen gebruikt voor grotere en zwaardere gereedschappen. De vervaardiging daarvan wordt ook wel de werktuigbouw genoemd. In de werktuigbouwkunde wordt aandacht besteed aan de manier waarop werktuigen ontworpen en vervaardigd kunnen worden. Hiervoor worden onder andere gereedschappen gebruikt.

De mens heeft door de eeuwen heen een grote diversiteit aan gereedschappen ontwikkelt voor diverse doeleinden. Gereedschappen waren in de steentijd eenvoudige krabbers, bijlen en hamers die van vuursteen werden vervaardigd. De bronstijd zorgde er voor dat het gieten van gereedschap in een bepaalde vorm mogelijk was. De komst van de ijzertijd was de eerste grote doorbraak. Door ijzer te gebruiken konden nog meer gereedschappen worden vervaardigd. IJzer is sterker dan brons en daarnaast ook nog smeedbaar.

Tot de toepassing van elektriciteit werden gereedschappen door de mensen zelf in beweging gebracht of werden dieren ingezet. Dit koste veel inspanning. Met de toepassing van elektriciteit kon de mens gereedschap elektrisch aandrijven waardoor de mens minder fysieke inspanning hoefde te leveren. Er ontstond een verschil tussen elektrisch gereedschap en niet-elektrisch gereedschap. Daarnaast zijn er tegenwoordig ook gereedschappen die op luchtdruk werken. Dit zijn pneumatische gereedschappen. Ook oliedruk word toegepast bij gereedschappen. Dit worden ook wel hydraulische gereedschappen genoemd. Gereedschap kan op verschillende manieren worden ingedeeld. Meestal word de indeling van gereedschap gedaan op basis van de toepassing van gereedschap of de sector waar het gereedschap wordt gebruikt. Voorbeelden hiervan zijn meetgereedschappen, tuingereedschappen en schildersgereedschappen. Daarnaast kan gereedschap, zoals eerder genoemd, worden ingedeeld op basis van aandrijving. Gereedschap dat doormiddel van fysieke kracht van de mens met de hand in beweging word gebracht word ook wel handgereedschap genoemd. Handgereedschappen behoren tot de eenvoudigste gereedschappen. Er zijn zeer veel verschillende handgereedschappen door de mens ontwikkeld.

Wat is het verschil tussen materialen en gereedschappen?
Gereedschap word gebruikt om materialen te bewerken of te bevestigingen. Een gereedschap word na het montageproces weer verder gebruikt om andere werkstukken te maken. Een gereedschap word dus niet in het werkstuk zelf verwerkt. Materiaal daarentegen word wel in een werkstuk verwerkt. Materialen worden verbruikt en dienen daarom voortdurend te worden aangevoerd wanneer meerdere werkstukken moeten worden gemaakt. Een werkstuk is in feite het totaal van de materialen die gebruikt zijn om het werkstuk te vervaardigden. Daarbij kan ook een deel van het materiaal niet worden gebruikt. Dit wordt beschouwd als afval of kan eventueel als materiaal dienen voor andere werkstukken. Gereedschappen worden niet verbruikt maar juist gebruikt. Dit is een belangrijk verschil.

Wat is elastische rek, treksterkte, rekgrens en vloeigrens?

In de werktuigbouwkunde en de staalconstructie worden verschillende constructies en machines vervaardigd. Het is belangrijk dat machines en constructies zo zijn geconstrueerd dat ze veilig en sterk genoeg zijn voor de toepassingen die men op het oog heeft. Hierbij is de keuze voor de juiste materialen erg belangrijk. Er wordt in de werktuigbouwkunde veel gebruik gemaakt van metalen. Metalen hebben verschillende eigenschappen die doormiddel van legeringen kunnen worden verbetert. Bij het beoordelen van de sterkte van metalen kan gekeken worden naar de treksterkte en de vloeigrens. Deze termen worden hieronder uitgelegd. Daarnaast wordt nog meer informatiegegeven over onderwerpen van de sterkteleer binnen de werktuigbouwkunde.

Wat is elastische rek?
Elastische rek is de rek waaraan materiaal maximaal kan blootstaan voordat het materiaal onherstelbaar van vorm verandert. Elk materiaal heeft een bepaalde elasticiteit. Binnen de fase van elastische rek vervormt het materiaal slechts in geringe mate. Het materiaal rekt als het ware een beetje uit. Omdat deze rek nog binnen de grenzen valt van de elasticiteit spreekt men over elastische rek. Materialen keren terug naar de beginvorm wanneer de belasting geheel wordt weggenomen. Materialen hebben een maximale spanning waaraan ze kunnen blootstaan voordat het materiaal onherstelbaar wordt vervormd. Dit wordt ook wel de treksterkte genoemd. Dit onderwerp wordt in de volgende alinea beschreven.

Wat is de treksterkte van metaal?
Metalen hebben een bepaalde treksterkte. Deze treksterkte is de mechanische spanning die een materiaal maximaal kan bereiken voordat het materiaal onherstelbaar van vorm verandert. Wanneer de treksterkte wordt overschreden treed een plastische vervorming op. In dat geval is de ‘rek’ er uit. In tegenstelling  elastische vervorming keert materiaal dat plastisch vervormd is niet naar de basisvorm terug. Plastische vervorming treed bij de meeste staalsoorten op voor de vloeigrens. De vloeigrens wordt in de volgende alinea beschreven.

Wat wordt bedoelt met de vloeigrens van metaal?
Wanneer het materiaal door een bepaalde belasting plastisch begint te vervormen wordt de vloeigrens bereikt. Het materiaal rekt verder uit door de belasting en begint ‘te vloeien’. Dit vloeien ontstaat doordat materiaal voortdurend wordt uitgerekt en daardoor langer maar dunner wordt. Wanneer de vloeigrens eenmaal is bereikt en de belasting niet wordt weggenomen is de kans groot dat het metaal breekt en de constructie onherstelbaar wordt beschadigd. Staal met een hoge vloeigrens heeft een hoge taaiheid. Een constructeur ontwerpt geen constructies waarbij materiaal boven de vloeigrens wordt belast.

Is de rekgrens gelijk aan de vloeigrens?
In de werktuigbouwkunde wordt de term rekgrens ook wel gebruikt. De rekgrens is bijna gelijk aan de vloeigrens. De vloeigrens wordt ook wel aangeduid met Rp 0,2. Deze aanduiding houdt in dat naast de elastische rek die is bepaald door de elasticiteitsmodulus nog een supplementaire rek optreed van 0,2%. De rekgrens kan in tabellen worden weergegeven zodat constructeurs goed kunnen zien welke materialen geschikt zijn voor de toepassing die zij voor ogen hebben.

Hoe worden de treksterkte, elastische rek, rekgrens en de vloeigrens bepaald?
Een bekende methode om de bovengenoemde eigenschappen van metalen te bepalen is het doen van een trekproef. Dit is een destructieve beproevingsmethode omdat het proefmateriaal hierbij wordt vernield. Bij een trekproef wordt in feite gekeken naar de eigenschappen van metaal door deze aan een proef te onderwerpen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een genormaliseerde proefstaaf van het materiaal dat getest moet worden. Deze proefstaaf wordt tussen twee klemmen in geplaatst die vervolgens een bepaalde belasting op de proefstaaf uitoefenen. Tijdens de trekproef worden verschillende metingen gedaan. De trekkracht wordt gemeten doormiddel van een zogenoemde krachtmeetcel. De staaf zal op een gegeven moment elastische rek gaan vertonen. Deze verlenging van de proefstaaf wordt gemeten met een extensiometer of een rekmeter. De informatie die uit een trekproef naar voren komt kan gebruikt worden om de eigenschappen van het materiaal in kaart te brengen. Dit is van groot belang voor de constructieleer en het bepalen van de geschiktheid van het materiaal voor een bepaalde toepassing.