Der Crack tip opening displacement (CTOD) Test oder auch Rissspitzenaufweitungsprüfung ist wie der Zug- und Kerbschlagbiegeversuch eine mechanische Werkstoffprüfung aus dem Bereich Bruchmechanik. Die CTOD Prüfung bestimmt den Widerstand eines Werkstoffes gegen Risswachstum.
Welche CTOD-Normen gibt es?
- BS 7448 (Part 1-4): Bruchmechanische Zähigkeitsprüfungen
- ISO 12135: Metallische Werkstoffe – Einheitliche Prüfmethode zur Bestimmung der quasistatischen Bruchzähigkeit
- ASTM E 1820 Standardprüfverfahren zur Messung der Bruchzähigkeit
- WES 1108 Standardprüfverfahren für die Messung der Bruchzähigkeit (CTOD)
- BS7910: Leitfaden zu Methoden zur Beurteilung der Akzeptanz von Fehlern in metallischen Strukturen
- ISO 15653 Metallische Werkstoffe – Prüfverfahren zur Bestimmung der quasistatischen Bruchzähigkeit von Schweißnähten
Eine CTOD-Probe hat Ähnlichkeiten mit einer Kerbschlagbiegeprobe. Die Probe hat aber im Allgemeinen die volle Dicke des Materials, wobei die Breite zweimal der Dicke entspricht. Am runden Kerbgrund wird mittels Vorspannung ein definierter Ermüdungsriss eingebracht. Anschließend wird die Probe auf Testtemperatur gekühlt und dann in eine Drei-Punktbiegemaschine gespannt und belastet. Der Zusammenhang zwischen der Rissspitzenaufweitung und der Belastung wird aufgezeichnet. Danach wird die CTOD Probe gebrochen und Rissoberfläche und Bruchbild untersucht.
Ergebnisse sind unterschiedlich
Die Ergebnisse des Crack tip opening displacement sind vielseitig. Zum einen wird ein Last-Rissöffnungsverschiebungs-Diagramm aufgenommen und die Art der Kurve bestimmt. Zum anderen wird makroskopisch das Bruchbild untersucht, ob der Ermüdungsriss eine einigermaßen gerade Front aufweist und wie lang er ist. Übliche Sollwerte sind CTOD Wert min 0,25 mm und bei Schweißnähten (meist im spannungsarmgeglühten Zustand) Crack tip opening displacement Wert min 0,2mm.
Der CTOD ist kein Standard bei den mechanischen Werkstoffprüfungen der Baustähle und Druckbehälterstähle. Bei den offshore Stählen wie S355G10+N/M (1.8813+N/M), S460G2+M/QT (1.8857+M/QT) oder auch S355NLO (1.8808+N), S355MLO (1.8808+M) aber auch S460MLO (1.8878) S460QLO (1.8667) findet er häufig als zusätzliche Bestellmöglichkeit der EN 10225 (Schweißgeeignete Baustähle für feststehende Offshore-Konstruktionen) oder NORSOK M-120 Material data sheets for structural steel Anwendung. Auch bei den hochfesten Schiffbaustählen hat der CTOD in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Inzwischen gibt es Stahlsorten die als BCA (brittle crack arrestability) Stähle den Crack tip opening displacement Test am Basismaterial und an den Schweißnähten verlangen und diese mechanische Werkstoffprüfung ein Teil des Zulassungsprogrammes der Hersteller darstellt.
Welches sind die Anwendungsgebiete der CTOD – Stähle?
Anwendungsmöglichkeiten sind off-shore Konstruktionen wie Bohrinseln, Förderplattformen, onshore und offshore Windparks, Schiffe und Baugruppen für Tiefseerohrleitungssysteme.
Quellen:
Wikipedia Englisch
ASTM.org
EN 10225 Weldable structural steels for fixed offshore structures
NORSOK M-120
The Crack Tip Opening Displacement (wmtr.com)
Crack Tip Opening Displacement -Tests – TWI (twi-global.com)
Crack Tip Opening Displacement Test – JFE Techno-Research Corporation (jfe-tec.co.jp)
Crack tip opening displacement (CTOD) testing – www.materialwelding.com
M-120 Material data sheets for structural steel