Diagnostyka złączy spawanych za pomocą metod NDT · TIG (Tungsten Inert Gas) lub GTAW (Gas Tungsten Arc Welding). W metodzie tej łuk elektryczny ... podawanego z dyszy gazowej,

TOMASZ LIPI SKI, PAWEŁ SZABRACKI

DIAGNOSTYKA ZŁ CZY SPAWANYCH ZA POMOC METOD NDT

Streszczenie W pracy przedstawiono podstawowe informacje dotyczące metod wybranych spa-

wania metalowych materiałów konstrukcyjnych w odniesieniu do jakości złączy spawanych. Zaprezentowano popularne metody diagnostyki złączy spawanych oraz przedstawiono przykłady niezgodności możliwe do wykrycia poprzez ich zastosowa-nie. Przedstawiono podstawowe wytyczne wyboru metod badań nieniszczących złączy spawanych.

Słowa kluczowe: diagnostyka, badania nieniszcz ce, NDT, zł cza spawane, badanie zł czy spawanych, jako zł czy spawanych

1. Zł cza spawane

Spawanie jest obecnie jedn z podstawowych metod ł czenia materiałów konstrukcyjnych. W zale no ci od materiału, technologii, uzbrojenia technicznego zakładu produkcyjnego, kompe-tencji i kwalifikacji kadry realizowane mo e by za pomoc wielu metod. Do populatrych metod spawania nale y zaliczy spawanie elektryczne, gazowe, laserowe. Ka da z tych metod ma swoje wady i zalety. Spawanie elektryczne łukowe przebiega poprzez wytworzenie mi dzy elektrod spa-walnicz , a materiałem spawanym łuku elektrycznego. Łuk ten wydziela ciepło w ilo ci pozwalaj cej na topienie brzegów ł czonych elementów, podczas którego dodawany jest materiał dodatkowy. W wyniku przetopienia brzegów ł czonych materiałów z materiałem dodatkowym two-rzy si obszar nazywany spoin . Spawanie elektryczne według normy PN-EN ISO 4063:2011 dzieli si na (w nawiasie podano oznaczenie metody): łukowe (1), elektrod topliw , elektrod otulonMMA (111), elektrod lit (pełn ) MAG (135) i MIG (131), elektrod proszkow bez gazu (114), elektrod proszkow w osłonie gazu aktywnego (136), elektrod proszkow w osłonie gazu oboj t-nego (137), łukiem krytym (121), elektrod nietopliw TIG (141), elektronowe (51), plazmowe (15), atomowe, elektro u lowe (72).

Najstarsz metod spawania elektrycznego, a jednocze nie najprostsz , jest metoda spawania elektrod otulon MMA (Manual Arc Welding). W metodzie tej zajarzenie łuku nast puje przez dotkni cie, a nast pnie podniesienie ko ca elektrody od materiału spawanego. W wyniku zajarzenia łuku elektroda topi si , a spadaj ce krople stanowi materiał dodatkowy. W trakcie jarzenia si łuku elektrycznego otulina elektrody stopionego jej ko ca równie si topi wytwarzaj c gazy osłonowe dla spoiny. Po obni eniu temperatury krzepnie na powierzchni spoiny tworz c tak zwany u el.

u el ten po zako czeniu spawania ka dego ze ciegów powinien by usuni ty przez odbicie. Pod-czas spawania t metod elektroda ulega sukcesywnemu skracaniu w wyniku stapiania si . Od umiej tno ci spawacza zale y utrzymywanie odpowiedniego dla rednicy i rodzaju elektrody

Tomasz Lipiński, Paweł Szabracki Diagnostyka złączy spawanych za pomocą metod NDT

128

oraz jej otuliny odległo ci pozwalaj cej na utrzymanie zało onych parametrów spawania. Istotnum dla jako ci poł czenia spawanego jest równie wygrzanie (wysuszenie) elektrod w zadanej dla da-nego typu temperaturze i czasie. Brak przeprowadzenia tej czynno ci skutkuje powstaniem w spoinie skupisk p cherzy gazowych osłabiaj cych wytrzymało mechaniczn i chemiczn zł cza spawanego [2].

Metoda ta posiada szereg zalet. Do wa niejszych nale y zaliczy : mo liwo spawania mate-riałów ró nych grup (stale, eliwa, metale nie elazne itp.), mo liwo spawania w dowolnej pozycji, wysoka jako spoin, dobre wła ciwo ci u ytkowe zł czy spawanych, mo liwo spawania mate-riałów o szerokim zakresie grubo ci, proste w obsłudze, małe, tanie urz dzenia spawalnicze. Niestety posiada ona równie wady. Do głównych z po ród nich zaliczy nale y: mał wydajnoi pr dko spawania spadaj c wraz ze zwi kszeniem grubo ci ł czonych elementów, du y koszt elektrod, konieczno mi dzy ciegowego usuwania u la, konieczno wymiany elektrod w trakcie spawania, znacz cy wpływ kwalifikacji spawacza na jako zł czy np. mo liwo pozostawienia u la w spoinie, du y wpływ przygotowania do procesu spawania na jako zł czy, np. wilgotno

elektrod, du e ilo ci wydzielanych gazów spawalniczych zale nych od rodzaju otuliny, rozprysk metalu podczas spawania.

Wymienione powy ej czynniki sprawiaj , e metoda ta jest powszechnie stosowana do spawa-nia.

Alternatyw dla metody spawania elektrod otulon jest metoda spawania elektrod nietopliwTIG (Tungsten Inert Gas) lub GTAW (Gas Tungsten Arc Welding). W metodzie tej łuk elektryczny wytwarzany jest pomi dzy nietopliw elektrod wolframow , a ł czonym materiałem w osłonie gazu oboj tnego. W odró nieniu od spawania elektrod otulon , w metodzie TIG zachowana jest stała odległo elektrody od materiału. Pozwala to na automatyzacj procesu. W metodzie tej ko-nieczne jest podawanie materiału dodatkowego do brzegu jeziorka spawalniczego. Przy ł czeniu cienkich materiałów (do 4 mm) proces mo na prowadzi bez materiału dodatkowego. Oboj tny gaz osłonowy stosowany w metodzie TIG chroni spoin przed oddziaływaniem atmosfery. Nie wpływa on na procesy metalurgiczne zachodz ce w spoinie.

Do zalet metody TIG nale y zaliczy : uniwersalno zastosowania w odniesieniu do materiałów ich grubo ci i pozycji spawania, bardzo wysoka jako zł czy spawanych, brak rozprysku metalu podczas spawania, mo liwo łatwej automatyzacji procesu, bark konieczno i czyszczenia zł cza po spawaniu, spawark TIG po zainstalowaniu odpowiedniego uchwytu do elektrod mo na wyko-rzystywa do spawania metod MMA. Wadami metody s : niska wydajno malej ca wraz ze wzrostem grubo ci materiału, wpływ kwalifikacji spawacza na jako zł cza, wysoki pr d podczas zajarzania łuku zakłócaj cy stabilno parametrów sieci energetycznej.

Metoda TIG jest najcz ciej stosowana w procesach ł czenia stali odpornych na korozj oraz stopowych i wysokostopowych.

Potrzeba automatyzacji procesów spawalniczych przy jednocze nie wysokiej wydajno ci co raz cz ciej skłania do stosowania metod MIG lub MAG. W metodach tych, okre lanych jako spawanie migomatem, spawanie półautomatem, spawanie półautomatyczne, łuk elektryczny wytwarzany jest pomi dzy elektrod topliw , a ł czonym materiałem. Rol elektrody topliwej pełni podawany zwy-kle automatycznie w sposób ci gły drut spawalniczy. Cały proces przebiega w osłonie gazu podawanego z dyszy gazowej, okalaj cej drut spawalniczy.

Metoda spawania elektrod topliw w osłonie gazów dzieli si na: MIG (Metal Inert Gas) spa-wanie elektrod topliw w osłonie gazu oboj tnego, MAG (Metal Active Gas) spawanie elektrod

129

topliw w osłonie gazu aktywnego, GMAW (Gas Metal Arc Welding) spawanie elektrod topliwzarówno w osłonie gazu oboj tnego jaki i aktywnego (MIG lub MAG). Generalnie metoda MAG jest stosowana do ł czenia stopów metali elaznych, za metoda MIG do metali nie elaznych i ich stopów.

Do zalet metod MIG/MAG nale y zaliczy : uniwersalno zastosowania do ró nych materia-łów i pozycji spawania, wysok wydajno spawania, mo liwo automatyzacji procesu w wysokim stopniu, dobra wła ciwo ci zł czy spawanych, niskie koszty procesu. Do wad nale : stosunkowo wysokie koszty urz dze spawalniczych, skłonno do porowato ci, przykleje itp.

Pomimo wielu niedoskonało ci ci gle szeroko stosowane jest spawanie gazowe, nazywane ina-czej acetylenowo-tlenowym, w którym ródłem ciepła jest płomie gazowy powstały ze spalania mieszanki acetylenowo-tlenowej. W metodzie tej materiał dodatkowy w postaci drutu doprowadza si r cznie do jeziorka. Mo na równie podawa proszki, pasty itp. T metod spawania stosuje sigłównie tam gdzie nie ma zasilania energi elektryczn lub przemieszczanie si z ci kimi urz dze-niami transformatorowymi sprawiałoby kłopoty.

Zalet metody gazowej jest niezale no od ródła zasilania, niska czuło na warunki ze-wn trzne, mały koszt urz dze , mo liwo zastosowania metody po zmianie palnika do ci cia materiału. Do wad nale : stosunkowo niska jako zł czy spawanych, podatno metody do sze-regu bł dów spawalniczych, dla niektórych materiałów (głównie wysokostopowych) koniecznostosowania u li osłonowych.

2. Jako zł czy spawanych

Zł cza spawane wytwarzane w warunkach przemysłowych posiadaj niezgodno ci. Ich wiel-ko i nasilenie zale y w głównej mierze od umiej tno ci personelu, warunków w których prowadzony jest proces spawania, jako ci ł czonych materiałów, materiałów dodatkowych, urz -dze spawalniczych oraz staranno ci przygotowania do i prowadzenie procesu spawania. Wytworzenie wyrobu o stosunkowo wysokiej jako ci okupione jest du ymi kosztami. Casami nie-współmiernymi do podwy szenia jako ci zł cza spawanego. Ka dy jednostkowy wzrost poziomu jako ci zł cza spawanego okupiony jest wzrostem kosztów jego wytwarzania. Teoretyczn krzywobrazuj c zale no cen w funkcji jako ci zł cza spawanego przedstawiono na rys. 1.

Osi gni cie wzrostu jako ci sł czy spawanych w zakresie I (rys. 1) nast puje przy nakładach, które mo na uzna za uzasadnione ekonomicznie. Jako funkcji ceny w tym zakresie jest propor-cjonalna. Okre la j k t . W tym zakresie przyrost jako ci poci ga za sob najni sze koszty wytwarzania.

Po przekroczeniu zakresu I i wej ciu w zakres II, ka demu jednostkowemu przyrostowi jako ci odpowiada co raz wy szy wzrost kosztów wytwarzania. Kształtowanie parametrów jako ci zł czy spawanych w tym zakresie wytwarzania powinno mie podło e inne ni ekonomiczne, np. bezpie-cze stwo u ytkowania zagra aj ce yciu i zdrowiu ludzi.

Wej cie w III zakres powoduje nieuzasadniony ekonomicznie wzrost kosztów wytwarzania zł -czy spawanych w stosunku do przyrostu ich jako ci. Wej cie w ten zakres jest du ym bł dem produkcyjnym podnosz cym zbytecznie cen wyrobu.

W przypadku niezadawalaj cego poziomu jako ci zł czy spawanychi, mo liwego do osi gni -cia w zakresie I, ewentualnie w pocz tkowej cz ci zakresu II nale y rozwa y inne technologie

Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 69, 2014


130

wytwarzania. Dobór technologii spawania do warunków produkcyjnych, mo liwo ci technologicz-nych zakładu, kompetencji i kwalifikacji pracowników obok kwestii materiałowej stanowi główne elementy procesu decyduj ce o kosztach wytwarzania poł cze spawanych, a zatem i konstrukcji.

Jako zł czy spawanych decyduje o ich wła ciwo ciach u ytkowych, takich jak wła ciwo ci mechaniczne, chemiczne, fizyczne, estetyczne itp. Przekłada si w głównej mierze równie na mo -liwo ci przenoszenia obci e przez cał konstrukcj . Całkowite usuni cie wszystkich niedoskonało ci jest oczywi cie niemo liwe. Nale y d y do osi gni cia poziomu jako ci gwaran-tuj cego wysok niezawodno konstrukcji w trakcie eksploatacji maj c na uwadze osi gni cie tego celu przy jak najmniejszych kosztach. Obecnie funkcjonuj ce systemy zapewnienia jako ci oraz obowi zuj ce normy nie stawiaj na wytwórcy wykonanie wyrobu pozbawionego niedoskonało ci. Wymagaj jednak, aby wyrób kierowany do eksploatacji spełniał wymagania okre lone przez kon-struktora. Dopuszczalne zatem jest wytworzenie konstrukcji posiadaj cej wi ksze niezgodno ci nizało one, a nast pnie poprzez wyeliminowanie niezgodno ci przekraczaj cych dopuszczanle war-to ci, dostosowanie niezgodno ci do warto ci dopuszczalnych, a tym samym otrzymanie zało onego poziomu jako ci konstrukcji. Dla okre lenia wielko ci i nasilenia niezgodno ci w zł -czach spawanych diagnozuje si je na etapie wytwarzania oraz eksploatacji. W obiektach technicznych stwarzaj cych szczególne zagro enie diagnostyka prowadzona jest w krótszych okre-sach czasu lub nawet ci gły monitoring wybranych w złów [3].

Rys. 1. Jakość złącza spawanego w funkcji kosztów jego wykonania: I, (β) – zakres (kąt) efektyw-nego wzrostu jakości, II – zakres podwyższonego kosztu w odniesieniu do podwyższena jakości, III – zakres wysokich kosztów w odniesieniu do podwyższena jakości, α – współczynnik efektywności

wzrostu jakości, β – współczynnik proporcjonalności wzrostu jakości.

ródło: opracowanie własne.

Jako

zł

cza

spaw

aneg

o

Koszt wykonania zł cza spawanego

131

Jako zł czy spawanych na etapie wytwarzania oceniana mo e by wieloma metadami za-równo nieniszcz cymi jak i niszcz cymi. Badania niszcz ce prowadzone s na etapie wytwarzania zł czy spawanych maj ce na celu okre lenie wybranych ich cech [7–8]. Prowadzi si je równie na etapie eksploatacji, zwłaszcza w przypadku gdy nie ma dost pnych pełnych informacji o badanym obiekcie, w tym danych materiałowych oraz danych o przebiegu jego eksploatacji [6]. Próbek do tych bada nie pobiera si z rzeczywistego obiektu, lecz wykonuje si z materiału z którego wyko-nywany jest obiekt techniczny zł cza próbne spawane w identyczny sposób jak zł cza konstrukcji. Zł cza te poddaje si w zale no ci od potrzeb statycznej próbie rozci gania, zginaniu, łamaniu, ba-daniom mikroskopowym i makroskopowym, pomiarom twardo ci, próbom korozyjnym itp. Natomiast na etapie eksploatacji wskazane jest diagnozowanie stanu obiektu za pomoc bada nie-niszcz cych [3,4].

Diagnostyk zł czy spawanych nale y prowadzi na ka dym z etapów ich wytwarzania oraz w miar potrzeb i eksploatacji [5–8]. Jej celem jest zapewnienie ich poziomu jako ci zgodnego z dokumentacj techniczn oraz warunkami technicznymi wytwarzania i odbioru (WTWiO). Obej-muje ona poszczególne etapy:

kontrola wst pna:• sprawdzenie zgodno ci materiału ł czonego i dodatkowego z dokumentacj techniczn (ewen-

tualnie pWPS)• sprawdzenie przygotowania elementów do spawania: odtłuszczenia, oczyszczenia, wymiarów

i kształtu, ukosowania, prawidłowo ci ich sczepienia, itp.• sprawdzenie kompetencji i kwalifikacji operatora,• sprawdzenie stanu urz dzenia spawalniczego.

kontrola prac spawalniczych:• sprawdzenie zgodno ci parametrów spawania z WPS i pWPS,• sprawdzenie zgodno ci procesu spawania z WPS i pWPS oraz czynno ci mi dzyoperacyjnych

(oczyszczenie spoiny, długo spoiny, temperatura materiału, itp.• prowadzenie bada nieniszcz cych na poszczególnych ciegach (np. wizualnych, kratery, p k-

ni cia, itp.) oraz bie ce usuwanie niezgodno ci.kontrola ko cowa:

• sprawdzenie zgodno ci zł cza z dokumentacj techniczn ,• sprawdzenie poziomu jako ci zł cza (dla niektórych materiałów kontrol przeprowadza si po

24 lub 48 godzinach od zako czenia prac spawalniczych),• sprawdzenie zgodno ci z warunkami odbioru.

3. Diagnostyka stanu obiektu technicznego za pomoc bada nieniszcz cych

Za badania nieniszcz ce nale y uzna badanie wła ciwo ci materiału słu ce do okre lenia jego stanu, a które nie przyczyni si do zmiany wła ciwo ci i cech badanego materiału.

Badania nieniszcz ce prowadzone były od dawna. Swoj nazw , terminologi i systemowozyskały w połowie lat siedemdziesi tych. Wówczas opracowano system kwalifikacji personelu ba-da nieniszcz cych przedstawionego przez Ameryka skie Towarzystwo Bada Nieniszcz cych (ASNT) Recommended Practice SNT-TC-1A, obecnie SNT-TC:2001 – Personnel Quality and Cer-tification In Nondestructive Testing. Cało działa w obszarze bada nieniszcz cych harmonizuje Mi dzynarodowy Komitet Bada Nieniszcz cych. Obecnie wymagane jest prowadzenie bada



132

w systemie zapewniaj cym nie tylko maksymaln efektywno , ale równie porównywalno i po-wtarzalno .

Dla zapewnienia poprawno ci prowadzonych bada nieniszcz cych, ka da z norm odnosz ca si do okre lonej metody bada wymaga, aby badania były prowadzone przez personel o kompe-tencjach zgodnych z norm PN-EN 473:2002. Normy EN ISO 17024 przez kompetencje okre la zdolno do stosowania wiedzy i/lub umiej tno ci oraz je li to jest istotne, wykazanych cech oso-bowych, jak to okre lono w programie certyfikacji. Kompetencje nadawane s oddzielnie dla ka dej metody osobie, nie za zakładowi i potwierdzane s certyfikatem kompetencji.

Norma EN ISO 17024 definiuje odpowiednie terminy jako: • kompetencja – wykazana zdolno do stosowania wiedzy i/lub umiej tno ci oraz je li to jest

istotne, wskazanych cech osobowych,• kwalifikacja – udowodnione wyszkolenie, wiedza zawodowa, umiej tno ci i do wiadczenie jak

równie i zdolno fizyczna umo liwiaj ca prawidłowe wykonanie bada .Metod bada nieniszcz cych nazywa si fizyczn zasad stosowan w badaniach nieniszcz -

cych. Technik badania nieniszcz cego nazywa si specjalny sposób stosowania metody, np. badanie penetracyjne zanurzeniowe.

Personel bada nieniszcz cych w zale no ci od posiadanych kompetencji mo e otrzyma cer-tyfikat kompetencji pierwszego stopnia, drugiego stopnia, trzeciego stopnia.

Osoba certyfikowana na 1. stopie posiada kompetencje do wykonywania bada nieniszcz -cych zgodnie z pisemnymi instrukcjami, pod nadzorem osób maj cych 2. lub 3. stopie . Według PN-EN 473 jest ona upowa niona do: - nastawiania aparatury bada nieniszcz cych, - wykonywania bada , - rejestrowania wyników bada i klasyfikowania wyników na podstawie pisemnych kryteriów, - opracowania protokołu z bada .

Osoba certyfikowana na 2. stopie posiada kompetencje do wykonywania bada nieniszcz -cych zgodnie z ustalonymi lub uznanymi procedurami. Według PN-EN 473 jest ona uprawniona do: - doboru techniki badania dla stosowanej metody badania, - okre lenia ogranicze w stosowaniu metody badania, - przenoszenia norm i specyfikacji z zakresu bada nieniszcz cych do instrukcji bada nieniszcz -

cych, - nastawiania i sprawdzania nastaw wyposa enia, - wykonywania i nadzorowania bada , - interpretacji i oceny wyników zgodnie z obowi zuj cymi normami, przepisami lub specyfika-

cjami, - przygotowania pisemnych instrukcji bada nieniszcz cych, - wykonywania i nadzorowania wszystkich obowi zków 1. stopnia, - zapewniania wytycznych dla personelu o kwalifikacjach 2. stopnia lub ni szego, - zestawienia i opracowania protokołów z wynikami bada nieniszcz cych.

Osoba certyfikowana na 3. stopie posiada kompetencje do wykonywania i kierowania czyn-no ciami bada nieniszcz cych, do których jest certyfikowana. Według PN-EN 473 jest ona uprawniona do: - przyj pełn odpowiedzialno za urz dzenia badawcze lub o rodek egzaminacyjny i personel, - sporz dza i walidowa instrukcje oraz procedury bada nieniszcz cych,

133

- interpretowa normy, przepisy, specyfikacje i procedury, - wyznacza okre lone metody badania, stosowane procedury i instrukcje bada nieniszcz cych, - prowadzi i nadzorowa wszystkie obowi zki personelu 1. oraz 2. stopnia.

Nale y podkre li , e zgodnie z EN473: „certyfikacja zapewnia ocen ogóln kompetencji ope-ratora bada nieniszcz cych, co nie jest równowa ne upowa nieniu do działania pozostaj cego odpowiedzialno ci pracodawcy”.

Generalnie badania nieniszcz ce słu do okre lenia stanu i jako ci materiałom lub ich cz -ciom, obiektom technicznym, urz dzeniom, itp.

Zapewnienie jako ci jest zbiorem wszystkich rodków, dzi ki którym zostaje zapewniona pełna zgodno pomi dzy wymaganiami i wykonawstwem. Wynika st d znaczenie NDT (Non-Destruc-tive Testing) dla wykonawcy, okre lane przez: • bezpiecze stwo ludzi,• odpowiedzialno za wyroby,• utrat dobrego imienia,• poprawki i naprawy,• sprz enie zwrotne do procesu wytwarzania.Równie istotne jest znaczenie NDT dla u ytkownika, okre lone przez: • bezpiecze stwo zatrudnionych,• nadzór nad obiektami w toku eksploatacji,• diagnostyka stanu obiektów,• zapobieganie przerwom w pracy obiektów technicznych,• sposób post powania przy wdra aniu NDT,• sporz dzanie dokumentacji NDT.Do osi gni cia powy szych celów słu nast puj ce techniki bada nieniszcz cych:

badania obj to ciowe:• ultrad wi kowe (UT),• radiograficzne (RT),

badania powierzchniowe:• wizualne (VT),• penetracyjne (PT),• magnetyczno-proszkowe (MT),• pr dów wirowych (ET),• inne jak pr dami wirowymi, szczelno ci, emisj akustyczn , metod przepływu ciepła, emisj

spektraln , holografi optyczn itp.W ród metod bada nieniszcz cych du popularno ci ciesz si metody bada wizualnych

i penetracyjnych. Ich popularno wynika z niskich kosztów oraz łatwo ci prowadzenia i interpre-tacji wyników bada . Najpopularniejsz i najcz ciej stosowan metod bada powierzchniowych, praktycznie na ka dym etapie wytwarzania ka dego wyrobu s badania wizualne. Badania obj to-ciowe, równie ze wzgl du na łatwe ich dokumentowanie oraz prostsz interpretacj , cz sto

prowadzone s za pomoc metody radiograficznej [1].



134

Przy wyborze metod bada nieniszcz cych oraz poziomów jako ci bada zł czy spawanych nale y uwzgl dni nast puj ce czynniki: • wytyczne konstruktora,• poziom akceptacji,• gatunek materiału ł czonego i dodatkowego,• przeprowadzon obróbk powierzchniow i ciepln ,• rodzaj zł cza, jego wymiary, kształt, stan powierzchni, itp.,• kształt elementu (grubo , dost pno , itp.),• kwalifikacje i kompetencje personelu,• dost pne defektoskopy i aparatura i urz dzenia do bada nieniszcz cych,• warunku w których maj by prowadzone badania (teren otwarty, nasłoneczniony, pomieszcze-

nie ciemne, wilgotne, mo liwo ci zasilania, itp.),• wyniki poprzednich bada nieniszcz cych,• informacje od u ytkownika,• poziomy jako ci,• oczekiwane niezgodno ci powstałe lub rozwijaj ce si na etapie wytwarzania oraz eksploatacji

obiektu,• wska niki ekonomiczne badania, zagro enie stwarzane przez awari obiektu, itp.

Jako wykonania zł czy spawanych decyduje o wytrzymało ci, warunkach u ytkowania, estetyce itp. konstrukcji. Przykł d konstrukcji spawanej przedstawiono na rys. 2.

Rys. 2. Konstrukcja spawana ze stopu aluminium

ródło: badania własne.

135

3.1. Badania wizualne VT

Badania wizualne VT (Visual Testing) prowadzone s nieuzbrojonym okiem lub przy 30 krot-nym powi kszeniu. Badanie to stosowane jest na ka dym etapie produkcji i eksploatacji. Jest ono tak popularne, e prowadzone jest w wielu przypadkach nie wiaqdomie, zwykle jako normalna kon-trola lub popularnie zwane ogl dziny zewn trzne. Dzieli si ono na bezpo rednie gdy droga obserwacji pomi dzy okiem, a obiektem jest nieprzerwana lub po rednie gdy na drodze obserwacji znajduje si urz dzenie wspomagaj ce, np. endoskop, szkło powi kszaj ce, itp. [3,4].

Metoda bada wizualnych jest bardzo przydatna przy badaniach niezgodno ci zewn trznych zł czy spawanych. Wi kszo zewn trznych niezgodno ci zł czy spawanych zaliczy mo na do niezgodno ci geometrycznych (kształtu), np. brak cz ci spoiny (rys. 3), nawis spoiny (rys. 4), krater z p kni ciem (rys. 5), podpawka (rys. 6), nadmierny nadlew lica (rys. 7), wycieki grani, porowatograni (rys. 8). Niekiedy w zł czach spawanych wyst puj równie p kni cia. P kni cia obok braku przetopu nale do najbardziej niebezpiecznych niezgodno ci zł czy spawanych i w wi kszo ci konstrukcji s niedopuszczalne. Wyj tek stanowi małe p kni cia w kraterach, które dopuszczalne s w konstrukcjach, dla których niewymagana jest wysoki poziom jako ci.

Rys. 3. Brak części spoiny


Rys. 4. Nawis spoiny


Rys. 5. Krater z pęknięciuem


Rys. 6. Podpawka




136

Rys. 7. Nadmierny nadlew lica


Rys. 8. Wycieki grani. Porowatość grani


3.2. Badania radiograficzne RT

Metody radiograficzne RT (Radiography Testing) wykorzystuj promieniowanie rentgenow-skie oraz promieniowanie gamma. W technice wykorzystuje si przenikliwo oraz osłabienie promieniowania na badanych elementach. Zdolno do przenikania promieniowania przez badane elementy konstrukcji zale y proporcjonalnie od jego energii. Technik t mo na bada obj to ciowo elementy konstrukcji. W badaniach zł czy spawanych metod RT okre lane s cechy niezgodno ci: rodzaj, wielko , nasilenie, poło enie. Do cz stych niezgodno ci, które mog by wykrywane ba-daniami radiograficznymi zaliczy mo na: brak przetopu (rys. 9), p cherze kanalikowe (rys. 10), przyklejenie, p cherz gazowy i wycieki grani (rys. 11).

Rys. 9. Brak przetopu w spoinie dwustronnej


137

Rys. 10. Pęcherze podłużne widoczne w grani spoiny (ciemne pola na jasnym tle)


Wybór normy do ocena jako ci zł czy zale y od uzgodnie pomi dzy zleceniodawc , instytu-cj odbieraj c , a wykonawc . W Polsce z regóły przyjmowane s euronormy lub coraz rzadzej polskie normy. Norma Europejska do oceny zł czy spawanych (EN 25817) nie okre la niezgodno ci w odniesieniu do konkternej metody badania. Okre la ona klasy z cza przy badaniach dowoln me-tod . Polskie normy odnosz si natomiast do konkretnych metod bada . Norma europejska przyjmuje trzy poziomy jako ci: – B – najwy sze wymagania, dedykowana dla wysokiej jako ci zł czy,– C – wymagania rednie, dedykowana dla redniej jako ci zł czy,– D – wymagania niskie, dedykowana niskiej jako ci zł cza spawanego.

Rys. 11. Radiogram złącza spawanego: 1 – przyklejenie, 2 – pęcheż gazowy, 3 – wyciek grani




138

Klasy wadliwo ci zł czy spawanych według polskiej normy PN-M-69772:1987 zakłada klasy wadliwo ci zł czy od R1 do R5, gdzie R1 stawia najwy sze wymagania, a R5 dedykowana do zł czy dla których poziom jako ci nie jest istotny, nie okre la minimalnej jako ci jak powinno spełniazł cze spawane. System ten oparty jest na okre leniu wymiarów wad i ich nasileniu w odcinku nor-malnym. Porównanie wybranych niezgodno ci EN z PN przedstawiono w tabelach 1 i 2.

Tab. 1. Maksymalne stopnie wadliwości i nasilenia wad złączy spawanych w poszczególnych radiograficznych klasach wadliwości według polskiej normy PN-M-69772:1987

Wada/klasa zł cza R1 R2 R3 R4 R5z 12 13, 22 14, 23, 32 15, 24, 33, 42 Stopie

i nasilenie wi ksze ni w klasie R4

P cherz podłu ny 11 12, 21 13, 22, 31 14, 23, 32, 41 Brak przetopu spoiny dwustronnej - 12 13, 22 14, 23, 32

Wyciek grani - Według warunków odbioru

Tab. 2. Maksymalne niezgodności złączy spawanych dla poszczególnych poziomów jakości według PN-EN ISO 5817:2007

Niezgodno /poziom jako ci B C DP cherz kulisty do 1% i do 3 mm do 2% i do 4 mm do 4% i do5 mm

P cherz podłu ny max. 2 mm max. 3 mm max. 4 mm Brak przetopu spoiny dwustronnej - - max 2 mm

Wyciek grani l s, max. 3 mm l s, max. 4 mm l s, max. 5 mm

gdzie: l – długo p cherza, s – grubo spoiny.

Ocena niedoskonało ci zł czy spawanych według PN-EN ISO 5817:2007 w przedstawionych przykładach jest o wiele niedoskonalsza od oceny w oparciu o polskie normy. Dla przykładu, brak przetopu spoiny dwustronnej o niewielkiej gł boko ci, wpływaj cy w niewielkim stopniu na wy-trzymało zł cza w ocenie według EN jest niedopuszczalny na poziomach B i C. Nawet poziom D dopuszcza jego długo do 2 mm, tyle co PN w klasie R2. Podobne rozwazania mo na przytoczydo pozostałych przykładów pokazanych w talelach 1 i 2. Przykłady te wybrano w sposób losowy. Praktycznie takie rozwa ania mo na snu nieomal do wszystkich niezgodno ci wyst puj cych w zł czach spawanych.

139

4. Podsumowanie

Jako wykonania zł czy spawanych zale y w głównej mierze od kwalifikacji i staranno ci operatora, a dopiero w dalszej cz ci od cech materiałów ł czonych, materiału dodatkowego oraz metody spawania. Diagnostyka zł czy spawanych stosowane w trakcie ich wytwarzania daje infor-macje o niezgodno ciach wyrobów oraz wpływa na mobilizuj co na operatorów. Na podstawie wskaza ka dej z poszczególnych metod bada nieniszcz cych mo na diagnozowa wybrane nie-zgodno ci zł czy spawanych. Ze wzgl du na ograniczenia poszczególnych metod badanieniszcz cych oraz wieloznaczne wyniki bada w szeregu przypadków oparte na interpretacji wskaza , zalecane jest prowadzenie bada maj cych na celu ustalenie tych samych cech kilkoma metodamu, które wzajemnie mog si uzupełnia .

Boir c pod uwag wzrost kosztów wytwarzania na jednostk jako ci wyrobu, nie nale y d ydo wytworzenia zł czy spawanych na jak najwy szej z mo liwych technologicznie poziomie jako-ci. W szeregu przypadków bardziej opłacalne jest wytworzenie zł cza z niezgodno ciami

mieszcz cymi si w zakresie poziomu akceptacji ni ich wytwarzanie bez niezgodno ci. Ewentualne przekroczenie wielko ci lub nasilenia niezgodno ci mo liwe jest do zdianozowania za pomoc me-tod bada nieniszcz cych w celu ich eliminacji.

Ocena jako ci zł czy spawanych wykonywana jest zazwyczaj w oparciu normy. Obecnie zde-cydowanie cz ciej przyjmuje si wymagania stawiane przez normy europejskie. Jest to zrozumiałe ze wzgl du na tendencj do ujednolicenia poziomów akceptacji. Niestety normy EN maj wiele niedoskonało ci. Stosowana do chwili obecnej ocena według PN jest niejednokrotnie dokładniejsza. Normy EN nie szereguj niedoskonało ci zł czy spawanych pod wzgl dem ich zagro enia dla danej konstrukcji czy wyrobu. Cz st w tpliwo budzi podział pomi dzy wielko ci a nasileniem. Zazwyczaj nie rozgranicza ona zmian w jako ci zł cza dla ró nego rodzaju usytuowania niedosko-nało ci wyst puj cych w zł czu. Niedoskonało ci skupione lokalnie stawia na równi z ich rozło eniem liniowym, a przecie jest to kardynalna ró nica we wła ciwo ciach zł cza. Analizuj c ró nic w poziomach jako ci np. przy badaniach RT: wg PN R1, R2, R3, R4, R5, za wg EN A, B, C, D. Pozornie PN posiada tylko jeden poziom wi cej. Niestety zł cza wykonywane w oparciu o EN posiadaj przewa nie poziom akceptacji B, a zł cza wykonywane w oparciu o PN klas R3 (przy badaniach ultrad wi kowych U3, itp.). Przykładami spornych niedoskonało ci s p cherze kuliste oraz brak przetopu spoiny dwustronnej. Pobie na analiza wymaga obu norm skłania do refleksji: czy jako dyktowana wg EN nie nakł da na wytwórc zbyt surowych rygorów, a tym samym wy-musza poniesienia wy szych kosztów wytwarzania (rys. 1)? Przy okre leniu poziomu akceptacji szeregu wyrobów ze zł czami spawanymi do eksploatacji na rynku decyduje zdrowy rozs dek.

Euronormy posiadaj równie zalety. Najistotniejsz jest dopuszczenie do bada według ich wytycznych wył cznie personelu posiadaj cego odpowiedni certyfikat kompetencji uzyskany wg PN-EN 473.



140

Bibliografia

1. Fidali M., Jamrozik W., Diagnostic method of welding process based on fused infrared andvision images. Infrared Physics & Technology 61 (2013) 241–253.

2. Garcia-Allende P. and all Defect detec-tion in arc-welding processes by means of the line-to-continuum method andfeature selection. Sensors (Basel) 9 (10) (2009) 7753–7770.

3. Lipi ski T., Bramowicz M., Szabracki P., Diagnostics of quality of the technical device on theusing stage by visual testing method. In: S. Borkowski, M. Konstanciak (editors), Productionimprovement. Charper 1, Trnava, Słowacja 2011, pp. 9–25.

4. Lipi ski T., Szabracki P., Bramowicz M., 2009, The diagnostics of technical safety level objectsnon destructive testing basis. Evaluatin of production processes. Charter 11, Novosibirsk, pp.111–120.

5. Rodriguez-Cobo L. and all Feasibility study of Hierarchical Temporal Memories appliedto weld-ing diagnostics. Sensors and Actuators A 204 (2013) 58– 66.

6. Rodriguez-Cobo L. and all Fiber Bragg grating sensors for on-line welding diagnostics. Journalof Materials Processing Technology 214 (2014) 839– 843.

7. Sreedhara U. and all Automatic defect identification using thermal image analysis for onlineweld quality monitoring. Journal of Materials Processing Technology 212 (2012) 1557– 1566.

8. Wang Z.D., Gu Y., Wang Y.S. A review of three magnetic NDT technologies. Journal of Mag-netism and Magnetic Materials 324 (2012) 382–388.

DIAGNOSTICS WELDED JOINT BY NDT METHODS

Summary The paper presents basic information about the chosen welding methods metal

construction materials in relation to the quality of welded joints. Presented popular methods of diagnostics of welded joints and are examples of inperfections be detectedby their use. The basic guidelines for the selection methods of non-destructive testingof welded joints were shown.

Keywords: diagnostics, non destructive tedting, NDT, joins welded, joints welded tested, the quality of joints welded

Tomasz Lipi ski Paweł Szabracki Katedra Technologii Materiałów i Maszyn Wydział Nauk Technicznych Uniwersytet Warmi sko-Mazurski w Olsztynie ul. Oczapowskiego 11, Olsztyn e-mail: [email protected], [email protected]

Documents

Diagnostyka złączy spawanych za pomocą metod NDT · TIG (Tungsten Inert Gas) lub GTAW (Gas Tungsten Arc Welding). W metodzie tej łuk elektryczny ... podawanego z dyszy gazowej,