Podstawy standardowej oceny jakości spoin

Transkrypt

1 Podstawy standardowej oceny jakości spoin Tadeusz Morawski Usługi Techniczne i Ekonomiczne Level, Warszawa level_tmo@onet.pl. Wstęp Konstrukcje stalowe przeważnie są wykonywane i montowane technikami spawalniczymi, stąd do jakości spoin przywiązuje się duże znaczenie. Ryzyko uszkodzenia złączy spawanych wiąże się z wielkością i rodzajem naprężeń, własnościami materiałów oraz z wymiarami niezgodności spawalniczych. Metodami nieniszczącymi (NDT) można tylko określać przybliżone wymiary geometryczne niezgodności spawalniczych. Dzięki takiemu działaniu zabezpieczamy konstrukcję przed niespodziewanym uszkodzeniem złącza zapoczątkowanym od wad w spoinie. Obecność niezgodności w złączach nie jest rzeczą niezwykłą, o ile ich rodzaj i wielkość nie zagrażają bezpieczeństwu konstrukcji. Referat poświęcony zostanie standardowym badaniom nieniszczącym, sformalizowanym ustanowionymi normami EN, przeprowadzanym rutynowo w celu oceny jakości spoin. Kluczem do oceny jakości spoin jest norma PN-EN ISO 5817:2007[2]. Dotyczy ona złączy o grubości powyżej 0,5 mm ze spoinami czołowymi i pachwinowymi. Podobnie jak jej poprzedniczka EN wprowadza termin "poziom jakości" (PJA), który definiuje jako opis jakości spoiny na podstawie rodzaju i wielkości wybranych niezgodności spawalniczych. Opis ten określają ustalone w niej granice wymiarów niezgodności spawalniczych odpowiadające wymaganej lub spodziewanej jakości złącza. Granice te określa się dla każdego rodzaju niezgodności i grubości spoiny. Jakość złącza może odpowiadać jednemu z trzech poziomów jakości sklasyfikowanych w PN-EN ISO 5817 i oznaczonych literami B, C, D (podana kolejność odpowiada wymaganiom ostrym, średnim i łagodnym). Poziom jakości złącza spawanego ocenia się na podstawie rzeczywistych wymiarów niezgodności spawalniczych oraz rzeczywistych wielkości odchyleń od nominalnego kształtu spoiny i/lub geometrii złącza. Ocenę złącza dokonuje się oddzielnie dla każdego rodzaju niezgodności spawalniczej. Niezgodności krótkie (długość l max 25 mm) ocenia się na odcinku spoiny o długości L=100 mm. Wskazania i poziomy badania przy wykrywaniu wskazań Metody nieniszczące (z wyjątkiem VT) dają jako wynik badania wskazania od niezgodności, Mają one różnorodne postaci (echa, obrazy radiograficzne, impulsy,...), Najważniejszą czynnością w badaniu spoin jest określenie poziomów rejestracji (PRE) i akceptacji (PAK) dla wskazań od niezgodności. Dokonuje się tego już przy wyborze poziomu badania, częściej i słusznie określanego terminem klasa badania (KL) wybraną metodą NDT. 65

2 Wskazanie zdefiniowane w PN-EN jako zobrazowanie niezgodności lub sygnał od niej, w postaci jaką umożliwia stosowana metoda badań nieniszczących. Klasy badania spoin metodą radiograficzną Układ geometryczny badania metodą RT oraz wybrane z norm EN oznaczenia: b odległość obiekt (złącze) błona, d rozmiar źródła promieniowania gamma, d wymiar ogniska promieniowania X, f odległość źródło obiekt, FFD odległość ognisko błona, SFD odległość źródło błona, t grubość nominalna, w grubość prześwietlana, np. przez dwie ścianki Ug nieostrość geometryczna Położenie źródła i błony w stosunku do badanego złącza powinno być takie, aby nieostrość i rozmycie konturów obrazu były możliwie najmniejsze, a gęstość D odpowiadała zaleceniom PN 66

3 Własności błony wpływające bezpośrednio na jakość obrazu to: - gradient G, - ziarnistość s D, - stosunek gradientu do szumu G/s D (zdolność rozdzielcza) Rozdzielczość jest kombinacją kontrastu i ostrości obrazu, które zależą od nieostrości wewnętrznej (U i ). U i rośnie wraz z energią promieniowania - czułość S (speed)- zwiększa się prawie liniowo ze wzrostem wielkości ziarna Krzywa gęstości optycznej błony rentgenowskiej γ - współczynnik kontrastu DD= D 2 - D 1 (kontrast) DE=E 2 - E 1 różnica dawek eksp. Wartość ekspozycji: prąd anodowy x czas [ma min]; aktywność x czas [GBq h], [Ci min] Dla aparatów rentgenowskich wykresy ekspozycji podawane są dla różnych napięć na lampie, tj. dla różnych wartości ekspozycji (prąd anodowy x czas) i jednej odległości FFD, np. 700 mm Wykres ekspozycji aparatu rentgenowskiego dla błony D7 w okładkach Pb, FFD=1m, D=2, wywoływanej w temperaturze 28 o C przez 8 min. Dla źródeł izotopowych wykres ekspozycji pozwala wyznaczyć wartość: aktywność x czas, a parametrem wykresu jest odległość ogniskowa SFD Wykres ekspozycji dla źródła Ir 192 w odległości SFD = 1m od błon (D3 26 do D8) 67

4 Kontrola jakości radiogramów Podstawowe problemy jakie trzeba rozwiązać aby skutecznie oceniać poziom jakości złączy spawanych to: - technika pomiaru wskazań daną metodą NDT oraz - dokładność korelacji wielkości wskazań z rodzajem i rozmiarem rzeczywistym niezgodności Kryteria akceptacji złączy spawanych - Zasady ogólne Decydującą czynnością przy ocenianiu jakości złączy spawanych jest określanie poziomu akceptacji (PAK) wskazań od niezgodności, które zostały zarejestrowane jako wynik badania stosowaną metodą nieniszczącą. Kryteria akceptacji złączy spawanych Poziom akceptacji (PAK)- ustalone granice wskazań lub graniczne wymiary niezgodności spawalniczych, przy przekroczeniu których złącze uznaje się za nieakceptowane dla wymaganego poziomu jakości (PJA) Poziomy jakości (PJA) wg EN Poziomy akceptacji (PAK) wskazań uzyskanych metodami: VT wg EN RT wg EN UT wg EN 1712 PT wg EN ISO MT wg EN ISO PJA-B PAK-B PAK-1 PAK-2 PAK-2x PAK-2x PJA-C PAK-C PAK-2 PAK-3 PAK-2x PAK-2x PJA-D PAK-D PAK-3 UT nie zalecane **) PAK-3x PAK-3x **) Może być uzgodnione między stronami dla takich samych wymagań jak w PJA-C 68

5 Kryteria akceptacji wskazań w badaniach radiograficznych VT RT Kryteria akceptacji wskazań w badaniach ultradźwiękowych Parametrami, które służą do oceny i akceptacji wskazań wg PN-EN 1712 są: - amplituda echa porównywana z amplitudą wysokością) echa od reflektora odniesienia oraz - długość wskazania przyrównywana do grubości złącza t. Poziom odniesienia (POD) jest to amplituda echa określonego reflektora odniesienia Technika DAC- Ø3 mm cd. 69

6 Technika DAC- 1 mm Technika DAC-1 mm Technika DGS (Odległość Wzmocnienie Rozmiar) Technika tandem Dla wszystkich grubości złączy spawanych poziom odniesienia nastawia się na płaskodennym otworze (tarczy) D DSR = 6 mm. POD = POC = PRE. Poziom akceptacji wskazań (PAK) uzgadniają strony kontraktu. Reflektory tarczowe i cylindryczny do wyznaczania POD techniką DAC i tandem Norma PN-EN 1714 zaleca stosowanie techniki tandem jako dodatkowego, uzgodnionego badania złączy doczołowych o grubości t > 15 mm oraz do badania złączy krzyżowych o t > 40 mm. 70

7 Kryteria akceptacji wskazań wykrytych metodami PT i MT Wskazania klasyfikuje się w zależności od ich rozmiarów na: - liniowe (długość większa od trzykrotnej szerokości wskazania) i - nieliniowe (zaokrąglone), gdy długość jest równa lub mniejsza od trzech szerokości. Pomiar wskazania powinien być wykonany w optymalnym czasie po ujawnieniu się wskazania (z upływem czasu zmienia się rozmiar wskazań). Uwagi na zakończenie Badania nieniszczące złączy spawanych uznaje się za standardowe gdy jest prowadzona kompleksowa kontrola kilkoma, z uznanych za podstawowe, metod nieniszczących: VT, MT, PT, UT i RT. Procedury takiej kontroli powinny być zgodne z normami EN, a problem wytrzymałości badanych połączeń pozostawia się wyłącznie projektantom konstrukcji. Standardowe badania jakości spoin oparto na klasyfikacjach poziomów akceptacji wskazań od niezgodności, które są zestawiane tabelarycznie, zgodnie z ustaleniami zawartymi w normach EN, dla poszczególnych metod nieniszczących. Procedury badań standardowych w praktyce są bardziej skomplikowane, niż wynikałoby to ze stawianych wymagań w normach. Indywidualne, niestandardowe warunki oceny jakości złączy spawanych są ustalane według odmiennych zasad, np. wg filozofii fitness for purpose, co wymaga znajomości własności użytych stali oraz rodzaju, wielkości i rozkładu naprężeń w połączeniach spawanych. Literatura Uwaga: Należy stosować normy PN z ostatnią datą nowelizacji [1] PN-EN ISO 5817: Spawanie - Złącza spawane ze stali, niklu, tytanu i ich stopów (z wyjątkiem spawanych wiązką) - Poziomy jakości według niezgodności spawalniczych [2] PN-EN ISO : Spawanie i procesy pokrewne - Klasyfikacja geometrycznych niezgodności spawalniczych w metalach - Część 1: Spawanie [3] PN-EN 12062: Spawalnictwo. Badania nieniszczące złączy spawanych. Zasady ogólne [4] PN-EN 1714: Badania nieniszczące. Badania ultradźwiękowe złączy spawanych [5] PN-EN 583-1: Badania nieniszczące. Badania ultradźwiękowe. Ogólne zasady [6] PN-EN 444: Badania nieniszczące. Ogólne zasady radiograficznych badań materiałów metalowych za pomocą promieniowania X i gamma [7] PN-EN 1435 Badania nieniszczące złączy spawanych. Badania radiograficzne złączy spawanych [8] PN-EN 13018: Badania nieniszczące. Badania wizualne. Zasady ogólne 71

8 [9] PN-EN 970: Spawalnictwo. Badania nieniszczące złączy spawanych. Badania wizualne [10] PN-EN 571-1:1999: Badania nieniszczące. Badania penetracyjne. Zasady ogólne [11] PN-EN ISO : Badania nieniszczące. Badania penetracyjne. Próbki odniesienia [12] PN-EN ISO : Badania nieniszczące. Badania penetracyjne. Wyposażenie [13] PN-EN ISO : Badania nieniszczące. Badania magnetyczno-proszkowe. Zasady ogólne [14] PN-EN1290: Badania nieniszczące złączy spawanych. Badania magnetyczno-proszkowe złączy spawanych [15] PN-EN 584-1: Badania nieniszczące. Błona radiograficzna przemysłowa. Klasyfikacja systemów błony dla radiografii przemysłowej [16] PN-EN 1712: Badania nieniszczące spoin. Badania ultradźwiękowe złączy spawanych. Poziomy akceptacji [17] PN-EN : Badania nieniszczące. Badania radiograficzne złączy spawanych. Poziomy akceptacji [18] PN-EN 462-1: Badania nieniszczące. Jakość obrazu radiogramów. Wskaźniki jakości obrazu (typu pręcikowego). Liczbowe wyznaczniki jakości obrazu [19] PN-EN 1289: Badania nieniszczące. Badania penetracyjne złączy spawanych. Poziomy akceptacji [20] PN-EN1291: Badania nieniszczące złączy spawanych. Badania magnetyczno-proszkowe złączy spawanych. Poziomy akceptacji [21] PN-EN 583-2: Badania nieniszczące. Badania ultradźwiękowe. Nastawianie czułości i zakresu badania 72