Badania radiograficzne złączy zgrzewanych z tworzyw sztucznych

Transkrypt

1 Badania radiograficzne złączy zgrzewanych z tworzyw sztucznych Janusz Czuchryj Instytut Spawalnictwa, Gliwice WPROWADZENIE Złącza zgrzewane z tworzyw sztucznych stosuje się w budowie takich konstrukcji, jak: rurociągi gazowe niskiego i średniego ciśnienia, rurociągi na zimną wodę, instalacje odsiarczania spalin w elektrowniach, oczyszczalnie ścieków, instalacje chemiczne do transportu mediów, kanały wentylacyjne itp. Złącza te poddaje się ocenie jakości poprzez przeprowadzenie badań wizualnych. Sprawdza się, między innymi, równomierność wypływki na obwodzie złącza, jej szerokość oraz wysokość, przestawienie połączonych elementów, wypaczenie podłużne, poprzeczne i tym podobne niezgodności zewnętrzne. Jednak ocena ta nie daje pełnego obrazu złącza. Wewnątrz zgrzeiny mogą powstać niezgodności w postaci pęcherzy, obcych wtrąceń, przyklejeń itp. Zachodzi zatem potrzeba uzupełnienia badań wizualnych zgrzein o inne, najlepiej objętościowe, metody badań nieniszczących. Jest to szczególnie ważne w przypadkach, gdy zachodzi konieczność arbitrażu między zainteresowanymi stronami lub konieczność innych prac ekspertyzowych. Jedną z metod, powszechnie stosowaną w praktyce przemysłowej, są badania radiograficzne. Z tego powodu podjęto prace mające na celu określenie możliwości zastosowania badań radiograficznych do kontroli jakości połączeń zgrzewanych z tworzyw sztucznych. ZŁĄCZA PRÓBNE DO BADAŃ Do badań radiograficznych wykonano złącza próbne z rur termoplastycznych zgrzewane polifuzyjnie i elektrooporowo. Schematy tych metod zgrzewania pokazano na rys.1 i 2 Rys.1 Schemat zgrzewania polifuzyjnego. 1

2 Rys.2 Schemat zgrzewania elektrooporowego. Zgrzewanie metodą polifuzyjną przeprowadzono z wykorzystaniem urządzenia typu Aquaterm produkcji austriackiej, o mocy 550 W. Parametry zgrzewania dobrano według wytycznych DVS. Zgrzewanie metodą elektrooporową przeprowadzono z wykorzystaniem urządzenia typu Barbara produkcji francuskiej. Do wykonania połączeń użyto elektrozłączek produkcji szwajcarskiej firmy Georg Fischer. Parametry zgrzewania odczytano z kodów kreskowych umieszczonych na elektrozłączkach. Ogółem przebadano 29 szt. złączy zgrzewanych różnymi metodami. BADANIA RADIOGRAFICZNE ZŁĄCZY PRÓBNYCH Do uzyskania obrazu radiograficznego zgrzewanych próbnych złączy rur termoplastycznych zastosowano eliptyczną metodę prześwietlania. Dla zwiększenia wykrywalności niezgodności płaskich (np. przyklejeń) te same złącza poddano również ekspozycji prostopadłej. Ze względu na znaczną różnicę gęstości tworzywa sztucznego w porównaniu do stali lub innych metali nie było możliwe zastosowanie, podczas prześwietlania złączy próbnych, 2

3 metalowych wskaźników jakości obrazu radiograficznego. Z tego powodu jakość uzyskiwanego obrazu radiograficznego złączy zgrzewanych oceniano przez porównanie z obrazem radiograficznym złącza spawanego elementów stalowych, charakteryzującym się, co najmniej, klasą A oraz na podstawie zdobytego w tym zakresie doświadczenia. Do wykonania radiogramów zastosowano błony rentgenowskie STRUCTURIX D4 naświetlone bez okładek wzmacniających. Ocena przydatności metody prześwietlania złączy zgrzewanych z tworzyw sztucznych wykazała, że obraz złączy prześwietlanych metodą prostopadłą jest łatwiejszy do interpretacji. Zarówno złącza zgrzewane polifuzyjnie, jak i elektrooporowo oprócz badań radiograficznych poddano również badaniom niszczącym. Złącza przecięto wzdłuż osi przy pomocy freza tarczowego, natomiast uzyskane powierzchnie przekroju poddano obserwacji. Wybrane wyniki badań radiograficznych tych złączy oraz wyniki obserwacji ich przekrojów zestawiono w tablicy 1. Tablica 1. Wyniki badań radiograficznych oraz wyniki obserwacji przekrojów złączy próbnych z tworzyw sztucznych. Oznaczenie radiogramu Opis obrazu radiograficznego Opis przekroju złącza Lp. i złącza Złącza zgrzewane polifuzyjnie 1. 1PA/B Obraz kontrastowy. Połączenie na całej długości zgrzeiny. 2. 2PA/B Obraz kontrastowy. Połączenie na całej długości zgrzeiny. 3. 3PA/B Obraz kontrastowy. Połączenie na całej długości zgrzeiny. 4. 4PA/B Obraz kontrastowy. Złącze wykonane poprawnie. Brak współosiowości części zgrzewanych w pozycji prześwietlania B. Połączenie na całej długości zgrzeiny. 5. 5PA/B 6. 10PA/B EA/B 2EA/B 3EA/B 4EA/B 5EA/B 6EA/B 7EA/B Obraz kontrastowy. Złącze wykonane poprawnie. Z jednej strony wypływka charakteryzuje się nie-równomiernym kształtem. Brak współosiowości części zgrzewanych w poz. prześwietlania A i B Obraz kontrastowy. Widoczna linia przejścia rury do trójnika. Możliwy brak zgrzania łączonych elementów. Połączenie na całej długości zgrzeiny. Połączenie na całej długości zgrzeiny. Różny kolor trójnika i rury. Prawdo-podobnie różnica gęstości elementów. Złącza zgrzewane elektrooporowo Obraz kontrastowy. Spirala grzewcza ciągła i gęsto upakowana. Obraz spirali grzewczej przesłania obraz centralnej części zgrzeiny. Na początku i na końcu elektrozłączki (poza spiralą) brak zgrzeiny pomiędzy elektrozłączką a rurą. Obraz kontrastowy. Spirala grzewcza dwuczęściowa rzadko upakowana. Widoczny brak zgrzania przed i za obiema częściami spirali. W obrębie spirali zgrzeina wykonana poprawnie. Połączenie na całej długości zgrzeiny. Poza spiralą (na początku i na końcu elektrozłączki) brak zgrzeiny. Połączenie elektrozłączki z rurami w miejscu występowania spirali. Poza spiralą (na początku i końcu elektro-złączki oraz w środku połączenia) brak zgrzeiny. 3

4 Na rys.3 pokazano, przykładowo, przekrój złącza zgrzewanego polifuzyjnie, natomiast na rys.4 przekrój złącza zgrzewanego elektrooporowo. Rys.3 Przekrój złącza zgrzanego polifuzyjnie oznaczonego numerem 10PA/B w tablicy 1. a) 4

5 b) Rys.4 Przekrój złącza zgrzanego elektrooporowo oznaczonego numerem 7EA/B w tablicy 1: a) wygląd ogólny, b) powiększenie górnego elementu. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ Z przeprowadzonych badań radiograficznych wynika, że we wszystkich przypadkach badanych złączy możliwe było uzyskanie radiogramów, których obraz charakteryzuje się wysoką jakością. Umożliwia to ujawnienie szczegółów wewnętrznej budowy zgrzewanych złączy i świadczy o dobrej dokładności przeprowadzonych badań. Do uzyskania obrazu radiograficznego złączy próbnych zastosowano dwie metody prześwietlania, tj. metodę eliptyczną i metodę prostopadłą. W metodzie eliptycznej rzut złącza na płaszczyznę radiogramu powoduje zniekształcenie obserwowanego obrazu. Jest to znamienne dla tej metody prześwietlania, ale w przypadku złączy zgrzewanych powoduje znaczne pogorszenie zdolności do rozróżnienia cech charakterystycznych połączenia oraz jego niezgodności wewnętrznych na podstawie widocznego obrazu, przez osobę interpretującą radiogram. Przy prześwietlaniu prostopadłym zjawisko zniekształcenia obrazu na radiogramie nie występuje. Ewentualne niezgodności występujące w złączach zgrzewanych są łatwiejsze do wykrycia. Szczególnie jest to widoczne przy prześwietlaniu złączy zgrzewanych metodą polifuzyjną. Na rys.5 przykładowo pokazano złącze zgrzewane metodą polifuzyjną i prześwietlane metodą eliptyczną i prostopadłą. 5

6 Rys.5 Radiogramy złącza zgrzanego polifuzyjnie: a) prześwietlanie metodą eliptyczną, b) prześwietlanie metodą prostopadłą. Zastosowanie dwu różnych metod prześwietlania złączy zgrzewanych z tworzyw sztucznych umożliwiło porównanie obrazów tych samych złączy z interpretacyjnego punktu widzenia. Z tego porównania wynika, że obraz złączy prześwietlanych metodą prostopadłą jest łatwiejszy do oceny i złącza zgrzewane polifuzyjnie z tworzyw sztucznych, kontrolowane radiograficznie, należy prześwietlać metodą prostopadłą. Z obserwacji złączy zgrzanych elektrooporowo wynika, że stosowane w praktyce przemysłowej elektrozłączki charakteryzują się różną gęstością upakowania spirali grzejnej. 6

7 Część elektrozłączek posiada spirale zwinięte w sposób luźny (rys.6), natomiast część bardzo gęsto (rys.7). Rys.6 Elektrozłączka ze spiralą grzejną zwiniętą luźno. Rys.7 Elektrozłączka ze spiralą grzejną zwiniętą gęsto. W przypadku elektrozłączek ze spiralą luźną korzystne jest stosowanie prostopadłej metody prześwietlania podobnie jak przy prześwietlaniu złączy zgrzewanych polifuzyjnie. W przypadku elektrozłączek ze spiralą zwiniętą gęsto obraz znacznej części połączenia zgrzewanego przesłonięty jest obrazem spirali grzejnej. W tym obszarze interpretacja jakości wykonanego połączenia jest bardzo utrudniona. Dotyczy to zarówno prześwietlania metodą eliptyczną, jaki i metodą prostopadłą. 7

8 WNIOSKI Z przeprowadzonych badań można wyciągnąć następujące wnioski: Do kontroli nieniszczącej złączy zgrzewanych z tworzyw sztucznych można zastosować badania radiograficzne. Kontrolowane radiograficznie złącza z tworzyw sztucznych zgrzewane polifuzyjnie i elektrooporowo należy prześwietlać metodą prostopadłą. Na podstawie badań radiograficznych złączy z tworzyw sztucznych zgrzewanych polifuzyjnie i elektrooporowo można określić poprawność wykonania tych połączeń. LITERATURA 1. G. Jezierski. Radiografia przemysłowa. WNT. Warszawa, 1993 r. 2. S. Dziuba, J. Czuchryj, B. Czwórnóg. Badanie procesu spawania gorącym powietrzem tworzyw termoplastycznych. Praca badawcza Instytutu Spawalnictwa nr AC-120. Gliwice, 1997 r. 3. J. Czuchryj. Badania radiograficzne złączy zgrzewanych z tworzyw sztucznych. Biuletyn Instytutu Spawalnictwa nr 4/98. 8