DE102014225094B4

DE102014225094B4 - Zugprobe

Info

Publication number: DE102014225094B4
Application number: DE102014225094.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Hinz
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2014-12-08
Filing date: 2014-12-08
Publication date: 2016-08-25
Anticipated expiration: 2034-12-09
Also published as: DE102014225094A1

Abstract

Zugprobe, umfassend einen ersten Körper (1, 1') und mindestens einen zweiten Körper (2, 2'), wobei die Körper (1, 1', 2, 2') jeweils eine Länge (L), eine Breite (B), die geringer ist als die Länge (L) und eine Höhe (H), die geringer ist als die Breite (B) aufweisen, die Körper (1, 1', 2, 2') über einen Teilbereich (T) einander überlappen und mindestens lokal form-, kraft- und/oder stoffschlüssig im Überlappungsbereich (T) miteinander verbunden sind, wobei zumindest der erste Körper (1, 1') im Überlappungsbereich (T) eine Bohrung (3, 3') aufweist, die den ersten Körper (1, 1') nicht vollständig in seiner Materialstärke (H) durchdringt und auf der dem zweiten Körper (2, 2') abgewandten Seite eingebracht ist, wobei die Anbindung zum zweiten Körper innerhalb der Bohrung (3, 3') erfolgt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Körper (1, 1', 2, 2') stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zugprobe, umfassend einen ersten Körper und mindestens einen zweiten Körper, wobei die Körper jeweils eine Länge, eine Breite, die geringer ist als die Länge und eine Höhe, die geringer ist als die Breite aufweisen, die Körper über einen Teilbereich einander überlappen und mindestens lokal form-, kraft- und/oder stoffschlüssig im Überlappungsbereich miteinander verbunden sind, zumindest der erste Körper im Überlappungsbereich eine Bohrung aufweist, die den ersten Körper nicht vollständig in seiner Materialstärke durchdringt und auf der dem zweiten Körper abgewandten Seite eingebracht ist, wobei die Anbindung zum zweiten Körper innerhalb der Bohrung erfolgt ist.
Scherzugproben, wie auch Kopfzugproben sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beim Scherzugversuch werden zwei längliche insbesondere über einen Widerstandsschweißpunkt miteinander verbundene Blechstreifen in eine Zugprüfmaschine eingespannt. Zur Ermittlung der Scherzugkraft und damit verbunden das statische Tragverhalten einer Fügeverbindung wird die Zugprobe bis zum Bruch in der Fügeverbindung auseinandergezogen (ISO 14273:2000-11). Bei Scherzugversuchen werden zum einen das Bruchverhalten, wie zum Beispiel die Fügeverbindung, ob duktil oder spröde, versagt, und zum anderen das Kraft-Verlängerungsdiagramm, um die maximale Kraft und die Energieaufnahme ermittelt. Artgleiche und artungleiche Werkstoffe können auf diese Art und Weise untersucht und überprüft werden. Werden duktile Werkstoffe untersucht, kann das Ergebnis (Bruchkraft) infolge von Fließbewegungen innerhalb der Werkstoffe negativ beeinflusst und die reale Scherzugkraft nicht bestimmt werden.
Eine gattungsgemäße Zugprobe ist in der japanischen Offenlegungsschrift 2010-019660 offenbart.
Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zugprobe bereitzustellen, mit welcher eine zuverlässige Auswertung der Scherzugkraft, insbesondere bei duktilen Werkstoffen möglich ist.
Die aufgezeigte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Körper stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Der Erfinder hat festgestellt, dass mit einer veränderten Probengeometrie im Vergleich zum bekannten Stand der Technik eine zuverlässige Auswertung der Scherzugkraft, insbesondere bei duktilen Werkstoffen möglich ist. Durch das Einbringen einer Bohrung zumindest in den ersten Körper, wobei sie den Körper nicht vollständig in seiner Materialstärke durchdringt und dessen Anbindung an den zweiten Körper innerhalb der Bohrung erfolgt ist, kann zumindest eine Deformation des ersten Körpers bzw. eine Fließbewegung innerhalb des ersten Körper aufgrund der erhöhten Blechdicke und damit einhergehenden höheren Probensteifigkeit im Vergleich zum Stand der Technik im Wesentlichen verhindert werden. Bei runden Bohrungen wird auch von einem sog. „Sackloch” gesprochen und das verbleibende Restmaterial entspricht der Materialstärke der zu untersuchenden Probe, die im Stand der Technik als Blechstreifen mit konstanter Materialstärke eingesetzt wird. Dies ist von Vorteil, wenn zwei artgleiche oder artungleiche Werkstoffe geprüft werden und der zweite Körper kaum eine bis geringe Duktilität im Vergleich zum ersten Körper aufweist. Als Anbindung bzw. Verbindung sind im Sinne der Erfindung stoffschlüssige Verbindungen zu verstehen, wie beispielsweise das Kleben, Löten und Schweißen. Als Bohrung im Sinne der Erfindung ist ein Loch bzw. eine Öffnung im Körper zu verstehen, die nicht auf eine runde Ausgestaltung beschränkt ist, sondern auch eine andere Ausführungsform wie beispielsweise oval oder eckig aufweisen kann.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung weist der zweite Körper ebenfalls eine Bohrung auf, die im Wesentlichen konzentrisch zur Bohrung des ersten Körpers eingebracht ist. Dies ist von Vorteil, wenn zwei artgleiche oder artungleiche Werkstoffe geprüft werden, die eine vergleichbare Duktilität aufweisen. Durch die eine oder beide verbleibenden Materialstärken im Bohrlochgrund der Körper erfolgt eine dauerhafte Verbindung bzw. Anbindung zwischen beiden Körpern, wobei sie je nach Fügeverbindungsart im Wesentlichen vollständig penetriert sind.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung durchdringt die Bohrung den ersten oder zweiten Körper vollständig in seiner Materialstärke. Diese als Durchgangsloch ausgebildete Bohrung hat den Vorteil, dass auch andere Fügeverbindungsarten untersucht werden können, beispielsweise Kehlnahtschweißverbindungen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Materialstärke des Körpers mindestens das 1,2-fache, insbesondere mindestens das 1,5-fache, vorzugsweise mindestens das 2,0-fache und besonders bevorzugt mindestens das 2,5-fache der der zu prüfenden Materialstärke. Mit zunehmender Materialstärke kann die Steifigkeit des Körpers erhöht werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Durchmesser der Bohrung derart bemessen sein, dass bei Fügeverbindungstypen mit Wärmeeinwirkung, wie beispielsweise beim Schweißen oder Löten sich die entstehende Wärmeeinflusszone ungehindert, wie bei den konventionell gefügten Blechstreifen, ausbilden kann, um nicht das Ergebnis negativ zu beeinflussen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Es zeigt
1a: ein Ausführungsbeispiel einer Scherzugprobe aus dem Stand der Technik in perspektivischer Ansicht,
1b: ein Ausführungsbeispiel einer Kopfzugprobe aus dem Stand der Technik in perspektivischer Ansicht,
2a: ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Scherzugprobe in Draufsicht,
2b: die Scherzugprobe aus 2a im Querschnitt (Schnitt I-I),
3a: ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Scherzugprobe in Draufsicht,
3b: die Scherzugprobe aus 3a im Querschnitt (Schnitt II-II).
In 1a ist ein Ausführungsbeispiel einer Scherzugprobe aus dem Stand der Technik dargestellt. Die Scherzugprobe umfasst einen ersten Körper 1*, der in diesem Beispiel einem ersten Blechstreifen entspricht und einen zweiten Körper 2*, der einem zweiten Blechstreifen entspricht. Die Blechstreifen 1*, 2* sind identisch und weisen jeweils eine Länge L, eine Breite B, die geringer ist als die Länge L und eine Höhe H, die der Materialstärke t des Blechstreifens entspricht und geringer ist als die Breite B auf. Die beiden Blechstreifen 1*, 2* überlappen sich einander an einem ihrer Enden in einem Teilbereich T und sind stoffschlüssig beispielsweise über einen Widerstandsschweißpunkt S im Überlappungsbereich T miteinander verbunden. Das in 1b dargestellte Ausführungsbeispiel einer Kopfzugprobe aus dem Stand der Technik unterscheidet sich zu der Scherzugprobe lediglich in dem Anbindungsbereich durch den überlappenden Teilbereich T, der nicht an den Enden sondern jeweils mittig vorgesehen ist, wobei die Blechstreifen 1**, 2** rechtwinklig zueinander angeordnet sind und eine Kreuzform bilden. Auch in diesem Beispiel ist eine Verbindung über ein Widerstandsschweißpunkt S gezeigt.
In 2a ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zugprobe als Scherzugprobe in Draufsicht dargestellt. Die Zugprobe umfasst einen ersten Körper 1 und einen zweiten Körper 2. Beide Körper 1, 2 sind identisch und weisen jeweils eine Länge L, eine Breite B, die geringer ist als die Länge L und eine Höhe H, die geringer ist als die Breite B auf. Ferner weisen beide Körper 1, 2 im Überlappungsbereich T jeweils eine Bohrung 3, 4 auf, die die Körper nicht vollständig in ihrer Materialstärke H durchdringt. Die Bohrungen 3, 4 sind im Wesentlichen konzentrisch zueinander eingebracht. In der verbleibenden Materialstärke t im Bohrlochgrund, die der zu prüfenden Blechstärke entspricht, ist eine dauerhafte Verbindung bzw. Anbindung zwischen beiden Körpern 1, 2 in Form eines Widerstandsschweißpunkts S erfolgt, wobei die verbleibenden Materialstärken t innerhalb der Schweißverbindung S vollständig penetriert sind (2b). Vorzugsweise kann der Durchmesser der Bohrung derart auf den Durchmesser der Schweißverbindung respektive des Widerstandsschweißpunkts S bemessen sein, dass sich die entstehende Wärmeeinflusszone ungehindert ausbilden kann. Dadurch kann ein Wärmeabfluss in das umgebende dickere Material im Wesentlichen unterdrückt werden und es stellt sich eine Fügeverbindung ein, wie sie sich konventionell bei Blechstreifen konstanter Dicke einstellen würde.
In 3a ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zugprobe als Scherzugprobe in Draufsicht dargestellt. Die Zugprobe umfasst einen ersten Körper 1' und einen zweiten Körper 2'. Der Körper 1' unterscheidet sich im Vergleich zu dem Körper 1 in 2a in der Bohrungsform 3', die nicht rund sondern eckig ausgeführt ist, wobei ein Teilbereich der eckigen Bohrung vollständig die Materialstärke H durchdringt und ein Teil der Materialstärke als eine Art Vorsprung 5, dessen Dicke t der zu prüfenden Blechstärke entspricht, im Bohrlochgrund verbleibt. Die beiden Körper 1', 2' sind im Überlappungsbereich T über zwei Kehlschweißnähte K, die mittels Laser oder im MIG-/MAG-Verfahren erzeugt wurden, an beiden Vorsprüngen 5 innerhalb der Bohrung 3' (3b) miteinander verbunden. Die Länge bzw. der Abstand des Vorsprungs 5 zum umgebenden dickeren Material des Körpers ist derart bemessen, dass sich die entstehende Wärmeeinflusszone ungehindert ausbilden kann. Dadurch kann ein Wärmeabfluss in das umgebende dickere Material im Wesentlichen unterdrückt werden und es stellt sich eine Fügeverbindung ein, wie sie sich konventionell bei Blechstreifen konstanter Dicke einstellen würde.
Die Erfindung ist nicht auf Scherzugproben beschränkt, sondern kann jegliche Zugproben, insbesondere auch Kopfzugproben umfassen. Auch die Fügeverbindungsart ist nicht auf die in den Ausführungsbeispielen dargestellten beschränkt.
Bezugszeichenliste

1, 1', 1*, 1**: erster Körper
2, 2', 2*, 2**: zweiter Körper
3, 3', 4: Bohrung, Bohrungsform
5: Vorsprung
L: Länge des Körpers
B: Breite des Körpers
H: Höhe des Körpers
t: verbleibende Materialstärke, zu prüfende Blechstärke
K: Kehlschweißnaht
S: Schweißpunkt
T: Teilbereich, Überlappungsbereich

Claims

Zugprobe, umfassend einen ersten Körper (1, 1') und mindestens einen zweiten Körper (2, 2'), wobei die Körper (1, 1', 2, 2') jeweils eine Länge (L), eine Breite (B), die geringer ist als die Länge (L) und eine Höhe (H), die geringer ist als die Breite (B) aufweisen, die Körper (1, 1', 2, 2') über einen Teilbereich (T) einander überlappen und mindestens lokal form-, kraft- und/oder stoffschlüssig im Überlappungsbereich (T) miteinander verbunden sind, wobei zumindest der erste Körper (1, 1') im Überlappungsbereich (T) eine Bohrung (3, 3') aufweist, die den ersten Körper (1, 1') nicht vollständig in seiner Materialstärke (H) durchdringt und auf der dem zweiten Körper (2, 2') abgewandten Seite eingebracht ist, wobei die Anbindung zum zweiten Körper innerhalb der Bohrung (3, 3') erfolgt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Körper (1, 1', 2, 2') stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Zugprobe nach Anspruch 1, der zweite Körper (2, 2') eine Bohrung (4) aufweist, die konzentrisch zur Bohrung (3, 3') des ersten Körpers (1, 1') eingebracht ist.
Zugprobe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (3') den ersten oder zweiten Körper vollständig in seiner Materialstärke (H) durchdringt.
Zugprobe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (3, 3', 4) rund, oval oder eckig ausgeführt ist.
Zugprobe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Durchmesser der Bohrung (3, 3', 4) derart bemessen ist, dass sich die beim Schweißen oder Löten entstehende Wärmeeinflusszone ungehindert ausbilden kann.