Genererer kritisk sprekkdrivende kraft

CTOD (Crack Tip Opening Displacement) er en elastisk-plastisk bruddmekanisk test. Den elastisk-plastiske bruddmekanikken gjelder for duktile materialer, som for eksempel stål. Materialet man tester må ha en tilstrekkelig kvass sprekkspiss.

Dette er en test hvor man ender opp med en verdi på bruddseighet som sier noe om hva slags motstand et materiale har mot ytterligere sprekkvekst av en eksisterende sprekk. Mens Charpy V-skårslagstesting gir en indikasjon på seigheten i et metall, gir CTOD-testen et mer nøyaktig, designtilpasset og representativt resultat på bruddseighet. CTOD-testen tar hensyn til både servicetemperatur og materialets fulle tykkelse, mens Charpy-V kun tester et lite område av materialets tykkelse.

Resultatene fra en CTOD-test kan man bruke til å kalkulere en kritisk defektstørrelse for en komponent. Det vil si at man kan spare inn på reparasjoner og utskiftning av komponenter. For konstruksjoner som allerede er i bruk, kan man rettferdiggjøre videre bruk av en sprukket komponent og lettere anslå når man eventuelt må gjøre reparasjonsarbeid. Her kan man spare mye penger.

Det er krav om CTOD-testing av visse materialgrupper for en gitt tykkelse og da gjerne i sammenheng med en WPQR-godkjenning. NORSOK sier for eksempel at CTOD skal inkluderes i kvalifisering av sveiseprosedyrer (WPQR) for sveiser med platetykkelse over 50 mm for alle styrkeklasser ved stålkvalitet I og II og ved SMYS ≥ 400 MPa for styrkeklasse III. Dersom materialet har SMYS ≥ 500 MPa kreves CTOD fra 30 mm platetykkelse.

Utførelsen av en CTOD-test består av flere trinn.

• Først ut er prøveuttak og maskinering til korrekte dimensjoner. Et typisk totalt antall prøvestaver er 6 stykk. Da er 3 staver for testing av sveisemetall og 3 for testing av den varmepåvirkede sonen (HAZ). Dette er noe som kreves av for eksempel NORSOK og DNVGL.
• Etter maskinering eksponeres mikrostrukturen i det aktuelle testområdet på prøvestavene og plassering av notch blir bestemt. Vi benytter oss av trådgnisting for å oppnå en tilstrekkelig kvass sprekkspiss med høy presisjon. Notchet er utgangspunkt for utmatningssprekk/pre-crack.
• Utmatning blir nøye utført og må oppfylle en rekke krav stilt av utførende standarder. Utførende standarder vi blant annet følger er BS 7448 og ISO 12125. Utmatningen er siste forberedelse før selve CTOD-testen kan utføres.
• CTOD-testen utfører vi i en 3-punkts bøyefikstur. Per i dag har vi mulighet til å teste på nedsenkede temperaturer og standard lab-temperatur. 0°C og -10°C er mye brukt ved testing etter krav fra NORSOK, men vi har kapasitet til å teste ved lavere temperatur enn dette.
• Resultatene fra bøyetesten analyseres og vi kalkulerer CTOD-verdi. Sprekkfronten blir kontrollert og må være innenfor de rammer som er satt i standarden som benyttes. Undersøkelse av sprekkspiss blir utført på mikronivå ved testing av HAZ eller annen spesifikk mikrostruktur.

Skrevet av: Nikolai B Andersen