Wat zijn de executieklassen conform EN1090?

De EN1090 is een Europees geharmoniseerde productnorm die van toepassing is op dragende  constructiedelen die vervaardigd worden van staal of aluminium en gebruikt worden in bouwproducten. Binnen de Europese Unie zijn bedrijven conform de EN1090 verplicht om aan de eisen voor een CE-markering te voldoen. Dit vereist wat van de bedrijfsvoering van las- en constructiebedrijven. De producten die las- en constructiebedrijven maken zijn echter divers. Daarom zijn de eisen die aan de constructies worden gesteld ook verschillend.

Execution Classes of EXC
Aan constructies die bijvoorbeeld in de buurt van mensen worden geplaatst zijn andere eisen gesteld dan aan constructies die geheel niet door mensen in gebruik genomen zullen worden. Daarom  worden constructies ingedeeld in verschillende uitvoeringsklassen. In deze uitvoeringsklassen zijn de eisen waaraan een constructiebedrijf volgens de EN1090 moet voldoen vastgelegd. De uitvoeringsklassen worden in het Engels ook wel Execution Classes of EXC genoemd. De EXC is de internationale aanduiding voor de uitvoeringsklassen waarin de constructiedelen worden ingedeeld. Er zijn in totaal vier verschillende Execution Classes. Deze lopen op van EXC 1 tot en met EXC 4. Constructies worden in deze klassen ingedeeld op basis van een aantal aspecten:

  • Materiaal
  • Lasprocedure
  • Belasting
  • Toepassing
  • Vormgeving
  • Type constrcutie

Het komt in de praktijk ook voor dat er geen uitvoeringsklasse is aangegeven. Als er geen uitvoeringsklasse bij een opdracht is benoemd of gespecificeerd dan gaat men uit van EXC 2. Hieronder zijn de verschillende uitvoeringsklassen nader omschreven.

EXC 1
Uitvoeringsklasse 1 is een uitvoeringsklasse die wordt gebruikt voor constructiedelen die van staal worden gemaakt tot sterkteklasse S275 en statisch worden belast. Daarnaast wordt deze uitvoeringsklasse ook gebruikt voor constructiedelen die vervaardigd zijn van legeringen die aluminium bevatten en eveneens hoofdzakelijk statisch worden belast. De EXC 1 wordt toegepast bij constructies zoals trappen en leuningen die worden toegepast in woningen en gebouwen in de agrarische sector. Daarnaast wordt EXC 1 ook gehanteerd bij constructies die worden toegepast in serres van woningen en vrijstaande huizen met maximaal vier verdiepingen. Ook bij vergelijkbare constructiedelen en constructietoepassingen wordt EXC 1 gebruikt als uitvoeringsklasse-aanduiding.

EXC 2
Uitvoeringsklasse 2 is een uitvoeringsklasse die wordt toegepast als aanduiding voor constructiedelen die van staal zijn gemaakt tot sterkteklasse van S700. Ook wordt EXC 2 gehanteerd voor constructiedelen de gemaakt zijn van aluminiumlegeringen. De constructiedelen die onder EXC 2 vallen worden hoofdzakelijk statisch belast. De delen die niet hoofdzakelijk statisch belast worden zullen worden ingedeeld in een andere uitvoeringsklasse.

EXC 3
Uitvoeringsklasse 3 is van toepassing bij constructie delen van staal tot sterkte klasse S700 en ook voor constructiedelen die gemaakt zijn van aluminiumlegeringen . Ook in deze klasse gaat het om constructiedelen die hoofdzakelijk statisch worden belast. De delen die niet hoofdzakelijk statisch worden belast zullen in een andere uitvoeringsklasse worden ingedeeld. De EXC 3 is van toepassing op gebouwen die hoger zijn dan 15 verdiepingen. Daarnaast wordt EXC 3 ook toegepast op grote dakconstructies en constructies op publieke plaatsen zoals treinstations en busstations. Verder is EXC 3 van toepassing op bruggen en paalconstructies. EXC 3 wordt ook gebruikt voor torens, uitkragende gebouwen en grote schoorstenen voor bijvoorbeeld fabrieken.

EXC 4
Uitvoeringsklasse 4 is de uitvoeringsklasse die de zwaarste eisen omvat. De EXC 4 van toepassing op alle constructie delen genoemd in EXC 3. Het verschil is dat er grote consequenties voor de mensen, gebouwen en het milieu in de directe omgeving ontstaan als deze constructies falen. Men past deze uitvoeringsklasse toe in bijvoorbeeld dichtbevolkte woongebieden. Ook in bruggen en andere civiele kunstwerken in (water) wegen. Verder wordt EXC 4 ook toegepast in industriële bouwwerken met een hoog potentieel gevaar hierbij kan men denken aan constructies in nucleaire kracht centrales.

Wat is grafostatica en waar wordt deze methode voor gebruikt?

Grafostatica is methode die wordt gebruikt om grafische oplossingen te vinden voor vlakke statische problemen. Bij grafostatica worden handmatige tekeningen gemaakt door de tekenaar of constructeur. Een groot voordeel van grafostatica is de snelheid waarmee men een probleem kan oplossen. Het nadeel van deze methode is echter dat het resultaat minder nauwkeurig is dan wanneer er een rekenmethode wordt toegepast.

Welke problemen kunnen worden opgelost met grafostatica?
Er kunnen verschillende problemen uit de statica en de sterkteleer kunnen worden opgelost doormiddel van grafostatica. Voorbeelden hiervan zijn de volgende:

  • De resultante, zowel in grootte, richting (zin), en ligging van een stelsel coplanaire krachten bepalen;
  • Stelsels lichamen vrijmaken en de reacties bepalen.
  • Staafkrachten in vakwerken construeren. Vakwerken zijn constructies die veel worden gebruikt in de staalconstructie en civiele techniek. Als men in deze gevallen werkt met grafostatica spreekt van een Cremona-diagram of een Cremona-epure. Deze diagram is vernoemd naar een Italiaanse wiskundige met de achternaam Cremona. Hij heeft onder andere met zijn diagram een bijdrage geleverd aan de bouw van de Eiffeltoren in Parijs.
  • Het buigend moment kan eveneens met de grafostatica in kaart worden gebracht. Ook de  dwarskracht en normaalkracht in de doorsnede van een belaste balk kunnen met de methode in kaar worden gebracht.
  • Het zwaartepunt van een vlakke figuur.

Grafostatica in de tegenwoordige tijd
Tegenwoordig gebruiken tekenaars en constructeurs steeds minder het tekenbord en een potlood als ze grafische problemen willen uitwerken en oplossen. Een computer met de juiste software is voor tekenaars en constructeurs een sneller en effectiever middel om problemen op te lossen. De grafostaticamethode wordt daarom tegenwoordig nauwelijks op papier uitgewerkt. Computers zijn bovendien veel nauwkeuriger.

Wat is S690 en S690QL?

Staal 690 wordt ook wel aangeduid met S690. De letter ‘S’ staat hierbij voor de Engelse aanduiding structural. De cijfers 690 geven de minimale rekgrens aan in megapascal in N/mm². Dit is constructiestaal met een zeer hoge treksterkte daarom wordt dit staal tot de hoogsterkte staalsoorten gerekend.

S690QL
Achter de aanduiding van staal 690 staan ook wel de letters QL, hierdoor ontstaat de staalaanduiding . Dit is constructiestaal met een zeer grote treksterkte en wordt geproduceerd volgens EN 10025:6:2004. De letter ‘Q’ staan voor Engelse aanduiding: Quenching & Tempering. In het Nederlands staat dit voor Afschrikken & Tempering, dit geeft aan dat het om getemperd staal gaat. Temperen is een warmtebehandeling en wordt gedaan om de sterkte van metaal en metaallegeringen te vergroten en de hardheid te verlagen.  De letter ‘L’ staat voor de Engelse aanduiding “Low notch toughness testing temperature’. Dit  betekend in het Nederlands: ‘Lage kerftaaiheid testtemperatuur’.

De prijs per kilogram van S690 is hoger dan de prijs van gebruikelijke staalsoorten zoals S235, S275 en S355. De hogere kiloprijs van S690 heeft te maken met de grotere belastbaarheid van het materiaal.

Waarvoor wordt S690 en S690QL gebruikt?
Ondanks de hogere kiloprijs kan het gebruik van staal 690 toch economisch voordelig zijn. Door gebruik te maken van staalsoorten met een hoge treksterkte hoeft men over het algemeen minder staal te gebruiken voor een staalconstructie. Hierdoor heeft niet alleen minder staal te worden gebruikt, het totale gewicht van de constructie kan ook worden gereduceerd.

Staal 690 en S690QL worden onder andere toegepast voor de constructies van kranen die zeer zwaar belast worden. Zowel de beweegbare arm van de kraan als de graafbak kunnen van S690 worden vervaardigd. Daarnaast kan het chassis ook van deze sterke staalsoort worden gemaakt zodat de gehele constructie zeer sterk is en bestand is tegen grote krachten. Ook in grondverzetmachines en kipperbakken  worden dikwijls vervaardigd uit S690 en S690QL.

Lassen van S690
Staal 690 is een hoogwaardige staalsoort daarom worden aan het lassen van deze staalsoort hoge eisen gesteld. De specifieke eisen die aan het lasproces worden gesteld zijn beschreven in een lasmethodebeschrijving (LMB), dit document wordt ook wel aangeduid Welding Procedure Specification (WPS). Daarin staan eisen met betrekking tot voorverwarming, toevoegdraad en lasmethode. De lasser dient deze voorschriften op te volgen.

Constructies die uit S690 bestaan worden in de praktijk zwaar belast daarom moet men er zeker van zijn dat de las door een gekwalificeerde lasser is gemaakt. Deze lasser moet in bezit zijn van een lasserkwalificatie, dit is een document dat ook wel een lascertificaat genoemd. In dit document staat de materiaalsoort, materiaaldikte en de laspositie waarvoor de lasser gecertificeerd is. Een lasserkwalificatie is persoonsgebonden en daarnaast gebonden aan een datum.

Een S690 lascertificaat is geen eenvoudige lasserkwalificatie. Deze kwalificatie wordt over het algemeen door zeer ervaren lassers gehaald omdat de materiaalsoort zeer hoogwaardig is. Staalsoorten zoals S235, S275 en S355 zijn eenvoudiger te lassen.

Wat is destructief onderzoek DO en welke soorten destructief onderzoek zijn er?

Doormiddel van destructief onderzoek worden materialen getest op hun sterkte. Deze onderzoek vorm wordt ook wel afgekort met DO. Er zijn verschillende onderzoeksmethodes die onder destructief testen vallen. De aanduiding ‘destructief’ maakt duidelijk dat het materiaal dat getest wordt na afloop van de test niet meer bruikbaar is. Een materiaal of werkstuk wordt destructief onderzocht om na te gaan wat de kwaliteit is van dit materiaal of werkstuk. Er wordt informatie ingewonnen over de eigenschappen van het materiaal of het werkstuk zodat men weet wat de kwaliteit is van de materialen en werkstukken die op dezelfde wijze zijn geproduceerd of samengesteld als het geteste object. Daarbij wordt bij destructief onderzoek vooral aandacht besteed aan de bezwijkvorm van het testobject.

NDO niet-destructief onderzoek
Als men materiaal wil onderzoeken zonder dit te vernietigen kan men er voor kiezen om een niet-destructief onderzoek uit te voeren. Deze onderzoeken worden ook wel aangeduid met de afkorting NDO. Hierbij wordt het materiaal en werkstuk niet vernietigd. Er zijn voor NDO wel complexere technieken nodig dan de technieken die voor destructief onderzoek worden gebruikt. NDO wordt bijvoorbeeld gedaan doormiddel van röntgenfoto’s of doormiddel van geluidsgolven. Daarnaast zijn er nog verschillende andere varianten van NDO. Destructief onderzoek is over het algemeen eenvoudiger dan niet-destructief onderzoek.

Destructief testen
Na een destructieve test is het materiaal dat getest is onbruikbaar. Dit houdt niet in dat destructief testen zinloos is. Doormiddel van een destructieve test krijgt men informatie over de kwaliteit van een werkstuk. Al een lasser bijvoorbeeld een werkstuk heeft gelast doormiddel van een specifieke lasmethode kan zijn of haar werkstuk destructief worden getest. Na deze destructieve test heeft men een indruk van het niveau van de lasser en de kwaliteit van de lassen die hij of zij aanbrengt in toekomstige werkstukken. Destructief onderzoek wordt niet alleen toegepast bij lassen. Ook materiaal kan worden getest doormiddel van destructief onderzoek. Men kan verschillende soorten destructief onderzoek toepassen zoals bijvoorbeeld:

  • Impacttesten
  • Vermoeiingstesten
  • Hardheidstesten
  • Rektesten

Trekproef
Een trekproef is een variant van destructief onderzoek. Doormiddel van dit onderzoek kan men onder andere de treksterkte van een metaal of een metaallegering bepalen. Hierbij wordt een staafje testmateriaal in een machine geplaatst. De machine rekt het staafje testmateriaal op totdat deze uitelkaar breekt. Tijdens deze proef wordt de vervorming van het staafje nauwkeurig in de gaten gehouden. Met behulp van deze informatie wordt een spanning-rekdiagram gemaakt. Uit deze diagram kan worden afgelezen welke eigenschappen het materiaal heeft. Hierbij komen begrippen aan de orde zoals bijvoorbeeld: vloeigrens, treksterkte, elastische rek, elasticiteitsgrens, rekgrens en proportionaliteitsgrens.

Waarom is destructief onderzoek belangrijk?
Destructief onderzoek is belangrijk omdat men goed moet weten wat de eigenschappen zijn  van materialen voordat men deze gaat toepassen in constructies. Als men niet weet wat de eigenschappen zijn van materialen bestaat de kans dat er metaalmoeheid optreed en breuk met alle gevolgen van dien. Daarom willen tekenaars, engineers en constructeurs de eigenschappen van metalen goed weten. Destructieve onderzoeksmethodes kunnen een goed beeld geven van de materiaaleigenschappen. Daarnaast is het belangrijk dat de materialen goed aan elkaar worden gelast. Steekproefsgewijs kan men werkstukken van lassers testen op de kwaliteit van de lasverbinding. Deze informatie is belangrijk voor de verzekeraars en de gebruikers van de staalconstructie. Men wil er zeker van zijn dat de constructie conform de normen is ontworpen en gebouwd zodat men er veilig gebruik van kan maken.

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 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 optreedt 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.

Waarvoor wordt een trekproef gebruikt en hoe wordt een trekproef gedaan?

Het is in de werktuigbouwkunde belangrijk dat de juiste materialen worden gekozen voor een bepaalde toepassing. Wanneer een machine of constructie wordt ontworpen wordt naast de vorm van de constructie en de verbindingen ook gekeken naar de materialen die worden gebruikt. Deze materialen moeten over bepaalde eigenschappen beschikken om de constructie stevig genoeg te maken voor het beoogde doel waarvoor de constructie is ontworpen. Een van de methodes om de eigenschappen van metalen in kaart te brengen is het doen van een trekproef.

Wat is een trekproef?
Een trekproef wordt in de werktuigbouwkunde veel gebruikt om de treksterkte, de elastische rek en de vloeigrens of rekgrens van metalen te meten. Een trekproef is een beproevingsmethode die destructief is. Dit heeft te maken met het feit dat het materiaal dat getest wordt na de test onbruikbaar is. Het proefmonster dient daarom alleen maar voor de test en kan daarna als verloren worden beschouwd. Het proefmonster wordt in een trekbank geplaatst tussen twee klemmen. Deze klemmen oefenen een bepaalde belasting uit op de proefstaaf tot deze knapt of breekt. Tijdens dit proces worden verschillende metingen verricht die nauwkeurig worden bijgehouden. De metingen vormen belangrijke informatie voor werktuigbouwkundigen.

Genormaliseerde proefstaaf
Het proefmateriaal gaat tijdens de trekproef verloren. Dit komt doordat de proefstaaf breekt. Toch moet het proefmonster wel aan hoge eisen voldoen. Het is belangrijk dat het proefmateriaal wel exact de juiste samenstelling bevat. Van te voren moet goed bekend zijn wat de samenstelling van het proefmateriaal is omdat de proef anders geen waarde heeft. Daarom moet de proefstaaf die getest wordt van te voren genormaliseerd zijn. Bij een trekproef wordt in feite gekeken naar de eigenschappen van metaal door deze aan een proef te onderwerpen.

Hoe gaat een trekproef in zijn werk?
De proefstaaf wordt geplaatst in een trekbank. Hierbij wordt de genormaliseerde proefstaaf vastgezet tussen twee klemmen. Veel trekproeven worden bewegingsgestuurd. Hiermee wordt bedoelt dat op het proefstuk een bepaalde rek wordt gelegd. De klemmen voeren langzamerhand de belasting op de proefstaaf op. Dit gebeurd door een hydraulische aandrijving, maar er kan ook gebruik worden gemaakt van een spindelaandrijving. Door de opgelegde belasting zal de proefstaaf op een gegeven moment oprekken. Dit is elastische rek die in eerste instantie niet tot breuk zal leiden. De belasting duurt echter voort waardoor er plastische rek optreed in de proefstaaf. Nu is de proefstaaf zover opgerekt dat deze niet meer naar de basisvorm terugkeert wanneer de belasting wordt weggenomen. De volgende stap is de vloeigrens. Hierbij wordt de proefstaaf nog dunner en zal deze uiteindelijk breken omdat de proefstaaf door de belasting ‘uit elkaar is getrokken’.

Tijdens dit proces worden een aantal metingen gedaan. De extensiometer meet de verlenging van de proefstaaf. Deze verlenging kan ook door een rekmeter worden gemeten. Daarnaast wordt de kracht die wordt uitgeoefend op de proefstaaf gemeten met de krachtmetercel. De informatie die uit deze metingen naar voren komt wordt goed bijgehouden. Deze informatie geeft de materiaaleigenschappen aan van de genormaliseerde proefstaaf. Daardoor weten constructeurs welke eigenschappen het materiaal van de proefstaaf heeft. Daarmee kunnen ze rekening houden met het ontwerpen van constructies wanneer ze het materiaal willen gaan toepassen.

Er zijn verschillende soorten trekproeven. Trekproeven die bewegingsgestuurd zijn kunnen een afname hebben van de spanning terwijl de proef verloopt. Dit is niet het geval bij een spanningsgestuurde trekproef. Dit type trekproef vergt echter wel speciale apparatuur die erg kostbaar is. Deze apparatuur kan de spanning in de vijzel aanpassen wanneer het materiaal in korte tijd zeer snel uitrekt.

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.