1. WADY POŁĄCZEŃ SPAWANYCH

Transkrypt

1 1. WADY POŁĄCZEŃ SPAWANYCH A. Systematyka wad spoin wg PN-EN (PN-ISO 6520) Pęknięcia (E) Nieciągłość metalu spoiny lub strefy wpływu ciepła w postaci szczeliny powstałej w wyniku działania naprężeń. Mogą powstawać jako pęknięcia gorące przy zakresie temperatur C. Przyczyny: duża zawartość C oraz zanieczyszczeń (S i P); duża prędkość spawania; wysoki stan naprężeń własnych wywołany znaczną sztywnością konstrukcji. Pęknięcia zimne powstają w temperaturze poniżej 300 C, powodowane są głównie kruchością tzw. wodorową. Pęknięcia lamelarne powstają przeważnie na wskutek odkształcania się blachy w kierunku grubości, przy niskiej jej ciągliwości w tym kierunku. Grupa Nr 1 - Pęknięcia Symbol Nazwa Opis Schemat Ea Pęknięcie podłużne Pęknięcie usytuowane zasadniczo równolegle do osi spoiny Eb Pęknięcie poprzeczne Pęknięcie usytuowane zasadniczo prostopadle do osi spoiny E Pęknięcie promieniowe Pęknięcia rozchodzące się promieniście od jednego punktu. Ec E E Pęknięcie w kraterze Grupa pęknięć występujących oddzielnie Pęknięcie rozgałęzione -1-

2 Pustki (A) Przestrzeń w spoinie wypełniona gazem. Powstają w wyniku gazotwórczych reakcji metalurgicznych. Wpływ na tworzenie pęcherzy mają: zawilgocenie otuliny w elektrodach zasadowych; zanieczyszczenie spawanych krawędzi (rdza, farba, tłuszcz); zbyt duża prędkość stygnięcia spoiny (małe natężenie prądu, za duża prędkość spawania). Grupa Nr 2 - Pustki Symbol Nazwa Opis Schemat Aa Pęcherz gazowy Pęcherz gazowy o kształcie w przybliżeniu kulistym Ab Pęcherz podłużny Duży pęcherz o kształcie innym niż kulisty Ab Pęcherz kanalikowy Rurkowy pęcherz w metalu spoiny Ad Pęcherze równomiernie rozproszone Gniazdo pęcherzy Liczne pęcherze gazowe równomiernie rozproszone Grupa pęcherzy gazowych Łańcuch pęcherzy Szereg pęcherzy gazowych usytuowanych równolegle do osi spoiny K Por Wgłębienie w kraterze Pęcherz gazowy wychodzący na powierzchnię Wgłębienie na końcu ściegu nie usunięte podczas wyk. ściegów. -2-

3 Wtrącenia stałe obce ciała pozostałe w spoinie: żużle, topnik lub obcy metal. Wpływ na tworzenie zażużleń mają: trudno topliwy i trudno usuwalny żużel; niedokładne czyszczenie poszczególnych ściegów; zbyt mała energia liniowa przy spawaniu. Grupa Nr 3 Wtrącenia stałe Symbol Nazwa Opis Schemat Ba Wtrącenie żużla Żużle pozostałe w spoinie: - liniowe - odosobnione - inne G Wtrącenie topnika Topnik pozostały w spoinie. Wtrącenie tlenków Wtrącenie tlenków metali zatrzymane w J spoinie podczas krzepnięcia. Warstwy tlenków metali Warstwa tlenku mogące powstać w niektórych przypadkach (spawanie stopów aluminium). Cząstka obcego metalu Wtrącenie obcego pozostała w spoinie. H metalu Może to być wolfram, miedź lub inny metal. -3-

4 Przyklejenia i brak przetopu - brak połączenia pomiędzy spoiną i materiałem podstawowym lub pomiędzy ściegami spoiny. Wpływ na ich tworzenie mają: zbyt mała energia liniowa; niewłaściwa technika spawania (np. jednostronne pochylenie elektrody); obecność trudnotopliwych tlenków na powierzchniach łączonych. Grupa Nr 4 Przyklejenia i brak przetopu Symbol Nazwa Opis Schemat Ba Przyklejenia Rozróżnia się - przyklejenia międzyściegowe brzegowe i graniowe. G Brak przetopu Brak stopienia brzegów materiału podstawowego (brak metalu w grani spoiny). -4-

5 Niezgodności spawalnicze dotyczące kształtu niewłaściwy kształt powierzchni spoiny lub niewłaściwa geometria złącza. Przyczyny powstania takich wad są różne, spośród najczęstszych można wymienić: Nieumiejętność spawania; Spawanie w pozycjach przymusowych; Złe parametry spawania (natężenie prądu, szybkość przesuwu elektrody). Grupa Nr 5 Niezgodności spawalnicze dotyczące kształtu Symbol Nazwa Opis Schemat F Podtopienie Rowek przy brzegu (brzegach) lica spoiny, względnie grani spowodowany spawaniem. Nadmierny nadlew lica Nadmierny wysokość spoiny od strony lica w złączu doczołowym. Wyciek Nadmiar metalu spoiny wystający z grani spoiny Nadmierna wypukłość Niewłaściwy kształt Nawis Przesunięcie brzegów Przepalenie Nadmierna asymetria spoiny pachwinowej Pory -5-

6 Inne niezgodności spawalnicze niezgodności nie mieszczące się w grupach od nr 1 do 5. Grupa Nr 6 Niezgodności spawalnicze różne Symbol Nazwa Opis Schemat Ślad zajarzenia Miejscowe uszkodzenie spowodowane zajarzaniem łuku. Rozprysk Rozprysk wolframu Naderwanie powierzchni Ślady szlifowania Ślady dłutowania Podszlifowanie Cząstki stopiwa rozpryskiwane w czasie spawania i przyklejające się do materiału podstawowego. Cząstki wolframu przeniesione z elektrody na powierzchnię materiału rodzimego. Uszkodzenie powierzchni spowodowane odłamywaniem elementów przyspawanych tymczasowo. Zmniejszenie grubości metalu spowodowane przez nadmierne szlifowanie. -6-

7 Konstrukcje Metalowe Laboratorium 2. NIENISZCZĄCE METODY BADAŃ POŁĄCZEŃ SPAWANYCH A. Oględziny zewnętrzne (kontrola wzrokowa) Podstawowy sposób kontroli, obowiązkowo stosowany przy wszelkiego rodzaju konstrukcjach. Kontrola polega na obserwacji wzrokowej i pomiarach spoin. Powinna być przeprowadzona w warsztacie, przed ewentualnymi badaniami defektoskopowymi i obejmować: Sprawdzenie, czy wszystkie spoiny wykonano i prawidłowo umiejscowiono; Oględziny powierzchni i kształtu; Pomiar grubości spoin i długości spoin; Wykrycie wad powierzchniowych (np. podtopień, przyklejenia czy odprysków). Za pomocą obserwacji powierzchni zewnętrznej spoin można wykryć: wady powierzchni i kształtu (niewłaściwe wymiary spoin, podtopienia, nierówności lica, kratery czy wypaczenia); braki przetopu i wycieki w spoinach czołowych jednostronnych; pęknięcia w spoinie lub strefie wpływu ciepła pewność wykrycia takich wad można potwierdzić oględzinami wadliwego odcinka przez lupę lub badaniami penetracyjnymi. Do badania wymiarów spoin pachwinowych stosuje się spoinomierze (specjalne suwmiarki) ułatwiające kontrolę grubości spoin pachwinowych czy wysokości nadlewu spoin czołowych. Do oględzin wewnętrznych powierzchni rur lub małych zbiorników (np. obserwacja jakości przetopu) można stosować endoskop. -7

8 B. Badania radiograficzne Kontrola radiograficzna polega na wykonywaniu radiogramów (obrazów wykonanych na błonie fotograficznej) badanych złączy za pomocą promieni X (Roentgena) lub promieni, a następnie opisaniu zaobserwowanych na radiogramach wad. Zasada wykrywania wad (nieciągłości) w badanych materiałach polega na zmianie natężenia promieniowania po przejściu przez badany przedmiot, co powoduje zróżnicowanie naświetlenia błony fotograficznej. Po wywołaniu błony wady wykrywa się je oceniając zarejestrowany obraz. Źródło promieni Materiał z nieciągłościami Błona Wielkość natężenia promieniowania na powierzchni błony Ocenę wadliwości spoin przeprowadzić można następującymi metodami: Przez porównanie radiogramu spoiny z radiogramami wzorcowymi ujętymi w specjalnych atlasach; Przez bezpośrednią ocenę wielkości wad (w mm) i ich nasilenia (liczba wad lub ich sumarycznej długości na wybranym odcinku); Za pomocą ustalenia tzw. wadliwości ogólnej wyrażonej w % ubytku przekroju poprzecznego spoiny wskutek wad; Na podstawie umownego opisu wad; Zalety metody radiograficznej: Metoda pozwala na wykrywanie wad wewnętrznych; Błonę można przechować jako utrwalony zapis jakości złącza. Przykładowe wady wykrywane metodą radiograficzną -8-

9 C. Badania ultradźwiękowe Kontrola ultradźwiękowa stanowi bardzo czułą metodę wykrywania wad w metalu przez obserwację przebiegu drgań mechanicznych wielkiej częstotliwości przechodzących przez metal. Falę ultradźwiękową wprowadza się do badanego przedmiotu przez głowicę (sondę) i odpowiedni płyn sprzęgający (wodę, olej). Wszelkie niejednorodności badanego przedmiotu, jak pęknięcia, żużle, pęcherze odbijają część wiązki fal ultradźwiękowych, która po powrocie do głowicy i ponownym przetworzeniu powoduje powstanie impulsu świetlnego na ekranie oscyloskopu (tzw. echo wady). Znając geometrię badanego złącza oraz charakterystykę danej głowicy można na podstawie odległości impulsu echa wady od impulsu wejściowego ustalić położenie wady w rzeczywistości. Głowica ultradźwiękowa Kabel Ekran lampy oscyloskopu W celu wykrycia położenia wady i jej rodzaju (płaska: pęknięcie, przyklejenie, brak przetopu czy przestrzenna: pęcherze, żużle) wykonuje się ruchy równoległe i poprzeczne do osi spoiny a także obrotowe i orbitalne. W zależności od wielkości wady (ubytek pola przekroju spoiny) i ich nasilenia (liczby wad na długości odcinka badanego) określa się wadliwość badanego złącza. Zalety metody ultradźwiękowej: Metoda pozwala na wykrywanie wad wewnętrznych; Brak działania szkodliwych dla zdrowia czynników (jak w metodzie radiograficznej - promieniowania jonizującego). -9-

10 D. Badania penetracyjne Badania penetracyjne opierają się na wykorzystaniu zjawiska kapilarności, czyli wnikania cieczy w kapilary. Istotną rolę odgrywa przy tym napięcie powierzchniowe cieczy, zwilżalność materiału oraz szerokość szczelin. Po wniknięciu penetrantu w szczelinę jego nadmiar usuwa się, a część, która jest w szczelinie wywabiana jest na powierzchnię za pomocą wywoływacza. a) b) penetrant c) d) wywoływacz Technika badania: Przygotowanie powierzchni (czyszczenie) - a) nanoszenie penetrantu - b) usuwanie penetrantu - c) wywoływanie i oględziny d) Badania penetracyjne służą do wykrywania: Pęknięć Przyklejeń Porowatości Pęcherzy kanalikowych (o ile wady te dochodzą do powierzchni) Wadą tego sposobu wykrywania jest to, że powierzchnia przedmiotu musi być dość gładka, ponieważ nierówności utrudniają usunięcie penetrantu, dając tym samym mylne wskazania. -10-

11 E. Badania magnetyczno-proszkowe Badania magnetyczno proszkowe są tanim, prostym i pewnym sposobem wykrywania pęknięć powierzchniowych lub przy powierzchniowych, w przedmiotach ferromagnetycznych. Gdy wprowadzi się na powierzchnię badanego przedmiotu sproszkowane ciało ferromagnetyczne, to po wzbudzeniu pola magnetycznego w badanym ciele, proszek skupi się nad wadą. Jako proszek zaleca się mielony magnetyt. Przez zmieszanie proszku z odpowiednim barwnikiem otrzymuj się proszki kolorowe. a) b) Przebieg linii sił pola elektromagnetycznego oraz układanie się proszku przy wykrywaniu pęknięć: a) powierzchniowych, b) podpowierzchniowych. Wzbudzanie pola magnetycznego w złączu doczołowym oraz teowym: 1) magnes lub elektromagnes, 2) linie sił pola, 3) pęknięcie -11-

12 F. Badania szczelności Próba naftą i kredą Jedną stronę spoiny pokrywa się farbą kredową (rozpuszczalnik woda albo spirytus). Po wyschnięciu farby drugą stronę spoiny należy obficie zwilżyć naftą (najlepiej o temp ok. 40 C). Nafta przedostaje się przez nieszczelności na drugą stronę, zaciemniając białą powłokę kredową. Pierwsze oględziny spoiny po zwilżeniu naftą powinny być przeprowadzone po 15 min. Drugie po 30 min, trzecie i ostatnie po 2 h. Próba wodna Otwarte zbiorniki nieciśnieniowe bada się przez nalanie do nich wody i obserwacje zewnętrznej strony spoin. Przecieki i pocenie się wskazują nieszczelność. Zbiorniki ciśnieniowe i rurociągi napełnia się wodą pod ciśnieniem (pompa tłocząca). Ciśnienie próbne wynosi najczęściej ciśnienia eksploatacyjnego i utrzymuje się go przez min. 15 min. Spadek wskazań manometru wskazuje na nieszczelność. Ciśnieniowa próba wodna jest równocześnie próbą nośności konstrukcji. Próba sprężonym powietrzem Zbiornik lub rurociąg napełnia się powietrzem pod ciśnienie większym od ciśnienia roboczego, jednak nie wywołujących naprężeń przekraczających 80 % granicy plastyczności materiału. Mierząc dokładnie ciśnienie w układzie na początku próby i przy końcu próby (po dość długim czasie, np. 24 h) można z różnicy ciśnień wnioskować o istnieniu nieszczelności. Lokalizację nieszczelności zdradzają bańki mydlane powstające po posmarowaniu spoiny wodą mydlaną. Próba podciśnieniowa Spoinę pokrywa się warstwą wody mydlanej, do odcinka badanego przyciska się zabudowaną z pięciu stron komorę (płyta górna szklana) i wytwarza się w niej podciśnienie. Pierścień gumowy osadzony na krawędziach uszczelnia komorę nad badanym odcinkiem. Przez ew. nieszczelności badanej spoiny powietrze jest zasysane z zewnątrz, co uwidacznia się powstaniem baniek mydlanych. Przewód do pompy próżniowej Przezroczysta płyta Pokrywa stalowa Pierścień gumowy Próby przy użyciu amoniaku, freonu lub helu Zbiornik napełnia się mieszanką gazu i powietrza. Nieszczelności wykrywa się specjalnymi wykrywaczami. -12-