Badanie wytrzymałości szkła hartowanego

Szczegóły: Kategoria: Wydanie 10/2006; Opublikowano: 14 wrzesień 2011

Badanie wytrzymałości szkła hartowanego

Harmonizacja normy PN-EN 12150 Szkło w budownictwie. Termicznie hartowane, bezpieczne szkło sodowo-wapniowo-krzemianowe z Dyrektywą 89/106/EEC dotyczącą wyrobów budowlanych, po okresie przejściowym wymaga od producentów szkła hartowanego wdrożenia jednej z metod sprawdzania jego wytrzymałości mechanicznej.

W związku z tym przedstawiam metodę oraz dostępne urządzenie badawcze do jej realizacji w ramach zakładowej kontroli produkcji (ZKP), spełniające wymagania Polskiej Normy PN-EN 1288-3 Szkło w budownictwie. Określenie wytrzymałości szkła na zginanie. Część 3: Badanie na próbkach podpartych na dwóch podporach (czteropunktowe zginanie).

Opis techniczny
Urządzenie (maszyna wytrzymałościowa), którą przedstawiam poniżej spełnia przepisy Rozporządzenia Ministra Gospodarki z 20 grudnia 2005 r. w sprawie zasadniczych wymagań dla maszyn i elementów bezpieczeństwa.

Urządzenie stanowi zestaw badawczy, przeznaczony do wykonywania badań w ramach ZKP przez producenta monolitycznych szyb ze szkła płaskiego, zwłaszcza ze szkła hartowanego dla budownictwa, w tym formatek szkła przeznaczonego do produkcji szyb warstwowych i zespolonych. Zestaw badawczy złożony jest z następujących głównych elementów:

- korpus stalowy zestawiony z segmentu mocowania siłownika pneumatycznego oraz segmentów wałków zginających i podporowych,
- siłownik pneumatyczny o średnicy tłoka 200 mm,
- konsola operatorska z pulpitem oraz zaworami sterowania pneumatycznego,
- czujnik siły dla zakresu 5 kN do badania szkła o grubości 3-10 mm,
- czujnik siły dla zakresu 20 kN do badania szkła o grubości 12-19 mm,
- mikroprocesorowy, programowany miernik siły,
- wskaźnik do obserwacji środkowego ugięcia szkła w próbce,
- tkaninowa kurtyna ochronna z kapturem i przejrzystym okienkiem.

Fot. 1

Fot. 2

Na zdjęciu 1 jest ogólny widok maszyny w laboratorium zakładowym, a zdjęcie 2 przedstawia załadowaną próbkę szkła do badania wytrzymałości na zginanie. Masa całkowita tej maszyny wynosi około 130 kg, a elementy metalowe urządzenia są wykonane ze stali kwasoodpornej lub nierdzewnej.

Poszczególne segmenty konstrukcyjne urządzenia wykonywane są techniką wykroju laserowego i spawania TIG w celu zapewnienia sztywności konstrukcji i najwyższej precyzji przy badaniu próbek szkła.

Do wykonania korpusu i segmentów nośnych zastosowano grube blachy, a montaż wykonano z użyciem śrub o podwyższonej klasie wytrzymałości, zapewniając w ten sposób odporność urządzenia na szczególne warunki użytkowania, związane z działaniem siłownika w zakresie do 20 kN.

Konstrukcja maszyny umożliwia badanie szkła, którego wytrzymałość obliczeniowa na zginanie może sięgać 200 MPa. Zastosowany siłownik pneumatyczny wymaga zasilania sprężonym i suchym powietrzem, o ciśnieniu nie mniejszym niż 6 bar dla zakresu 20 kN i ponad 4,5 bar dla zakresu 5 kN.

Na pulpicie maszyny znajduje się etykieta, na której wydrukowane są nastawy startowe oraz wskazane poszczególne elementy regulacji i sterowania.

Każdy czujnik siły podlega wzorcowaniu z tym, że pierwsze wzorcowanie wykonane jest przez producenta czujnika i wraz z czujnikiemdostarczane jest świadectwo jego sprawdzenia.

Urządzenie jest użytkowane w stanie trwałego przymocowania do podłogi (podłoża) pomieszczenia badawczego przy zastosowaniu kotew ze śrubami M10 i M8 w ilości co najmniej 2 kotew mocujących każdą nogę korpusu maszyny. Do jednej z nóg w ustalonym z użytkownikiem położeniu przymocowana jest konsola z pulpitem. Konsola jest wykonana z profilu stalowego ze stopką i śrubą stabilizującą wraz z odpowiednimi przepustami na przewody pneumatyczne bezpośredniego zasilania i sterowania siłownikiem.

Zasada działania urządzenia
Działanie urządzenia polega na kontrolowanym nacisku wałków zginających na normatywną próbkę szkła. Badanie można prowadzić w celu ustalenia wartości maksymalnej siły przy zginaniu szkła aż do złamania próbki lub do ustalenia wytrzymałości normatywnej według określonej siły i wartości środkowego ugięcia próbki szkła.

Kontrolę i regulację parametrów sterowania siłownikiem wykonuje operator zaworami położonymi na pulpicie, który równocześnie może prowadzić obserwację wskaźnika środkowego ugięcia badanej próbki szkła poprzez okienko, wykonane w tym celu w kapturze osłony. Podczas badania wytrzymałości szkła, na wyświetlaczach miernika ukazują się wartości chwilowe działającej siły oraz szybkość jej narastania, a także następuje rejestracja w pamięci (nieulotnej) miernika m.in. wartość maksymalnej siły w momencie pękania szkła. Istnieje możliwość (program) wizualizacji wskazań miernika poprzez łącze szeregowe z komputerem.

Rzeczywisty rozstaw wałków podporowych wynosi 1000 (±1) mm, natomiast rozstaw wałków zginających wynosi 200 (±0,5) mm z tym, że nacisk na próbkę następuje od dołu ku górze. Taki układ napędu zespołu wałków zginających zapewnia narastanie naprężeń w szkle z przejściem przez zero do wartości wytrzymałości na zginanie [σbB] przy eliminacji wpływu ciężaru własnego próbki na naprężenia zginające podczas badania.

Określenie wytrzymałości szkła na zginanie wymaga zastosowania gumy do oddzielenia szkła od wałków zginających i podporowych. Zastosowana guma w postaci pasków o grubości 3 mm ma twardość 40 (±10) w skali IRHD, potwierdzoną stosownym świadectwem badania tej twardości.

Próbki do badań
Próbki szkła do badań wytrzymałości na zginanie powinny mieć wymiar 360x1100 mm z tolerancją wymiarów (±5) mm. Krawędzie szkła każdej próbki powinny być poddane obróbce, myciu i suszeniu, tj. wykonywanych identycznie według procesu technologicznego dla wytwarzanych szyb na linii produkcyjnej.

Do badania każdego typu szyb należy przygotować liczbę próbek, wynikającą ze stosowanego w ramach ZKP, zatwierdzonego planu badań- jednak w ilości nie mniej niż 2 sztuki dla każdej kategorii grubości (typu) produktu. Próbki przed badaniem podlegają sezonowaniu w stabilnej temperaturze pomieszczenia badawczego (23 ±5^oC) przez co najmniej 4 godziny przy wilgotności względnej od 40% do 70% .

Zalecane metody obróbki obrzeża są podane w punkcie 7.2. normy PN-EN 12150-1: 2002. W tej normie wyróżnione są cztery stopnie wykończenia obrzeża przed hartowaniem, tj. zebrane obrzeże (zatępianie), zeszlifowane (szlifowanie zgrubne), zeszlifowane wygładzone (szlifowanie drobnoziarniste) i wypolerowane obrzeże (polerowanie). Im wyższy stopień wygładzenia krawędzi z użyciem kolejnych ściernic (tarcz) o odpowiednich gradacjach ziarnistości, tym mniejsze zagrożenie wystąpienia głębokich rys i mikroszczelin zwanych szczelinami Griffith’a. Minimalizacja tych mikrodefektów ma duże znaczenie dla wartości wytrzymałości na zginanie [σbB] oraz na oczekiwany przedział ufności tej metody badawczej, szacowany w normie PN-EN 1288-1 pomiędzy 95% i 100%.

Próbki przed załadunkiem do maszyny wymagają pomiaru i zapisu wyników. Szerokość rzeczywistą próbki można mierzyć z dokładnością do milimetra, natomiast grubość szkła w próbce należy mierzyć z dokładnością do 0,05 mm.

Do ustalenia średniej arytmetycznej wymiarów B i h należy wykonać co najmniej po trzy pomiary szerokości próbki i po cztery pomiary grubości szkła w próbce, w obrębie końców próbki oraz na zewnątrz wałków zginających w celu uniknięcia najmniejszego nawet uszkodzenia powierzchni szkła w zginanej następnie próbce. Grubość szkła w próbce można alternatywnie ustalić na podstawie pomiaru grubości z czterech większych odłamków pobranych po próbie zginania pod warunkiem, że z pewnością pochodzą ze strefy spękania próbki szkła położonej pomiędzy wałkami zginającymi.

W przypadku próbek ze szkła wzorzystego z jedną lub dwoma powierzchniami wzorzystymi należy zmierzyć obie grubości, tj. na powierzchni i wgłębieniach oraz obliczyć średnią ze wszystkich uzyskanych wyników pomiarów.

Atesty i gwarancje
Wraz z maszyną dostarczone są następujące atesty:
- Świadectwo sprawdzenia czujników siły,
- Świadectwo badań twardości gumy,
- Karty gwarancyjne czujników siły 5kN i 20kN,
- Karta gwarancyjna miernika procesorowego,
- Deklaracja Zgodności WE.