BADANIA NIENISZCZĄCE W PRZEMYŚLE OKRĘTOWYM NA PODSTAWIE WYMAGAŃ POLSKIEGO REJESTRU STATKÓW S.A. mgr inż. Wojciech Madejski Polski Rejestr Statków S.A., Inspektorat Materiałowo-Technologiczny, 80-416 Gdańsk, Al. gen. J. Hallera 126, e-mail: Wojciech.Madejski@prs.pl Polski Rejestr Statków powstał w 1936 roku jako Polska instytucja, która prowadziła rejestr polskiej floty oraz formułowała wymagania. Od 2001 instytucja funkcjonuje jako spółka akcyjna pod nazwą Polski Rejestr Statków S.A. i jest kontynuatorem działalności Polskiego Rejestru Statków. Polski Rejestr Statków S.A. (PRS S.A.) działa zgodnie ze swoją misją, i jest instytucją klasyfikacyjną prowadzącą niezależną działalność rzeczoznawczą na rynku krajowym i międzynarodowym. W swojej działalności kieruje się interesem publicznym, formułuje wymagania techniczne, prowadzi nadzory i wydaje odpowiednie dokumenty, przez co pomaga swoim klientom oraz administracjom państwowym w imieniu których występuje, w zapewnieniu bezpieczeństwa ludzi, obiektów pływających i lądowych, ładunków oraz środowiska morskiego. Jako instytucja klasyfikacyjna prowadzi przeglądy i inspekcje klasyfikacyjne i konwencyjne w imieniu ponad dwudziestu rządów na podstawie ich upoważnień i jest dobrze znany w branży okrętowej. Od lat 80 ubiegłego wieku PRS S.A. prowadzi usługi rzeczoznawcze i nadzorcze również w obszarach pozaokrętowych. Należy podkreślić, że nadzorowane obiekty od samego początku należały do obiektów o wysokich wymaganiach np. przerwana budowa Elektrowni Jądrowej w Żarnowcu oraz nadzór nad budową gazociągu podmorskiego z platformy Petrobalticu do Władysławowa (długość ok. 80 km zanurzenie do 80 m), czy nadzór nad budową tłoczni i pomiarowni gazu rurociągu Jamalskiego (zrealizowane Kondratki i Włocławek; w trakcie realizacji trzy kolejne tłocznie w Ciechanowie, Szamotułach i Zambrowie). W swojej działalności PRS S.A. oferuje również usługi w zakresie certyfikacji systemów zarządzania jakością (ISO 9000 obecnie wydano ok. 1000 certyfikatów zakres obejmuje cały szereg organizacji od urzędów przez szpitale po organizacje techniczne (zakłady i przedsiębiorstwa), systemów zarządzania środowiskowego (ISO 14000) oraz zarządzania bezpieczeństwem i higieną pracy (PN 18000 tu obowiązują normy krajowe) i inne. W zakresie świadczenia powyższych usług PRS posiada odpowiednie akredytacje. W maju bieżącego roku otrzymał akredytację na certyfikację wyrobów wg dyrektyw: Dyrektywa 96/98/WE, Wyposażenie statków morskich, Dyrektywa 94/25/WE, Rekreacyjne jednostki pływające, a obecnie po pozytywnym wyniku auditu akredytacyjnego na ukończeniu jest procedura uzyskania akredytacji na zgodność z takimi dyrektywami jak: Dyrektywa 89/686/EWG, Środki ochrony indywidualnej, 1
Dyrektywa 97/23/WE, Urządzenia ciśnieniowe, Dyrektywa 87/404/EWG, Proste zbiorniki ciśnieniowe, Dyrektywa 73/23/EWG, Niskonapięciowe wyroby elektryczne, Dyrektywa 89/336/EWG, Kompatybilność elektromagnetyczna, Dyrektywa 98/37/WE, Maszyny. Doświadczenia uzyskane w ramach prowadzonych nadzorów i certyfikacji znajdują swoje odbicie w wydawanych przepisach. PRS S.A. jako organizacja odpowiedzialna za bezpieczeństwo od początku swojej działalności ma na uwadze rozwój nowych technologii produkcji. W początkach ubiegłego wieku, zastosowanie spawania do wykonywania konstrukcji stalowych a od lat 50 do produkcji statków wymusiło stosowanie badań nieniszczących pozwalających na potwierdzenie zgodnego z założeniami wykonania konstrukcji w celu zapewnienia bezpieczeństwa ludziom, obiektom pływającym oraz środowisku naturalnemu. Bezpieczeństwo zależy głównie od niezawodności konstrukcji uzyskiwanej dzięki kontroli materiałów i elementów składowych na każdym etapie wytwarzania. Do wykrywania wad spawalniczych oraz określania ich rozmiarów (w przybliżeniu) stosuje się wiele metod badań nieniszczących z uzupełnianego w miarę postępującego rozwoju zestawu metod można wybrać najbardziej ekonomiczną i odpowiednią do wykonywanej konstrukcji warunkiem takiego postępowania jest jednak dobra znajomość zakresu stosowania i możliwości wykrywania wad przez poszczególne metody oraz oceny jakości złącza spawanego. Ciągle rosnące wymagania użytkowników wymuszają rozwój metod kontroli i wyposażenia. W ostatnich latach rozwój ten jest coraz szybszy szczególnie dotyczy to wprowadzenia i stosowania nowych metod badań nieniszczących ich automatyzacji i cyfrowego zapisu (PRS S.A. zaczyna stosować od chwili pojawienia się nowe metody np. badania UT). Badania nieniszczące są dziś szeroko stosowane w nowoczesnym przemyśle a szczególnie przy produkcji wielkoseryjnej, do której można zaliczyć spawanie jako szeroko stosowaną obecnie metodę łączenia metali. Zaliczane są one do podstawowych metod pozwalających na ocenę jakości wykonanej konstrukcji spawanej a następnie przekazanie jej do bezpiecznej eksploatacji. Duże tempo produkcji wymusza zastosowanie takich metod kontroli aby nie zakłócały one procesów produkcyjnych. Stosowane obecnie metody badań nieniszczących w wyniku postępu technicznego szczególnie w dziedzinie elektroniki i zapisu cyfrowego są już dobrze oprzyrządowane i opracowane metodologicznie. Poniżej przywołano podstawowe metody stosowane w okrętownictwie: badania wizualne (VT), badania penetracyjne (PT), badania magnetyczne (MT), badania radiograficzne (RT), badania ultradźwiękowe (UT). Pojedynczo stosowane ww. metody oraz ich kombinacje pozwalają na ocenę stanu konstrukcji oraz przyczyniają się do minimalizacji kosztów eksploatacji, skutków ekologiczno eksploatacyjnych oraz mają bezpośredni wpływ w na bezpieczeństwo ludzi, towarów oraz środowiska. 2
Wymaganie związane z zapewnieniem bezpieczeństwa stawiane przez Instytucje Klasyfikacyjne w stosunku do nadzorowanych elementów konstrukcji statku oparte na doświadczeniu prowadzą do powstania swego rodzaju kompromisu pomiędzy poziomem wadliwości spoin wynikającym z ekonomicznego punktu widzenia (wykonanie spoiny) a warunkami bezpiecznej eksploatacji. Rozwój systemów klasyfikacji spoin prowadzony był w miarę wprowadzania ww. metod do stosowania. Pierwsze próby związane z klasyfikacją spoin w metodzie radiograficznej (jako jednej ze starszych metod stosowanych w badaniach nieniszczących) oparte były na porównaniu wykonanych radiogramów z radiogramami zawartymi w Atlasie radiogramów wzorcowych Międzynarodowego Instytutu Spawalnictwa. Jednakże twórcy Atlasu MIS-u nie zalecali stosowania go jako systemu klasyfikacyjnego, a tylko jako system szkoleniowodydaktyczny. Brak systemów klasyfikacyjnych opartych na badaniach wpływu wad na własności złączy spawanych, wymusił na przemyśle oraz Instytucjach Klasyfikacyjnych stosowanie Atlasów wadliwości jako systemu obowiązującego. System ten znalazł się również później w Przepisach PRS. W latach 60-tych i 70-tych ubiegłego stulecia w przepisach PRS przyjęto 3 stopniowy sposób klasyfikacji wadliwości złączy spawanych wprowadzony przez Morski Rejestr Statków (Instytucja klasyfikacyjna Związku Radzieckiego) i był on stosowany przez Towarzystwa klasyfikacyjne zrzeszone w INTK. Po tym okresie nastąpiły próby wprowadzenia systemów klasyfikacyjnych opartych na badaniach wytrzymałościowych dotyczących oddziaływania wad na własności eksploatacyjne złączy spawanych. W latach 60-tych powstały już normy PN wprowadzające 5-cio klasowy system klasyfikacyjny wadliwości nowelizowany w latach 1974 i 1987 w miarę ukazywania się w literaturze wyników badań nad wpływem wad na własności złączy spawanych oraz zdobytymi doświadczeniami praktycznymi wynikającymi ze stosowania tego systemu. Równolegle powstawały też inne systemy klasyfikacyjne jak np. system japoński (5 klas), system australijski (9 klas) wykorzystujące wyniki prac nad zagadnieniami mechaniki pękania. Taka sytuacja powodowała konieczność stosowania różnych systemów klasyfikacyjnych w zależności od tego, jaka instytucja prowadziła nadzór nad produkcją danego wyrobu i z jakiego regionu świata pochodził odbiorca wyrobu. To z kolei stwarzało wiele trudności u producentów danych wyrobów, np. wykonywania dodatkowych badań (dla metod PT, MT, UT), natomiast w metodzie radiograficznej skutkowało koniecznością ponownej wyceny tego samego zdjęcia. Następstwem rozszerzania się rynku produkcyjnego związanego z wolnym przepływem towarów oraz wyżej opisaną sytuacją Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO) opracowała i wdrożyła cały szereg norm związanych badaniami nieniszczącymi. Zadaniem ich jest ujednolicenie wymagań w stosunku do: kwalifikacji personelu (np. ISO 9712 Non-destructive testing. Qualification and certification of personnel), stosowanego sprzętu (normy tematyczne dla każdej metody związane ze sprawdzeniem aparatury stosowanej w badaniach), 3
metodologii prowadzonych badań (normy tematyczne dla każdej metody związane z prowadzeniem badań i poziomami akceptacji), systemów klasyfikacji wad (ISO 5817 - Welding Fusion-welded joints in steel, nickel, titanium and other alloys (beam welding excluded). Quality levels for imperfections). O ile można powiedzieć, że trzy pierwsze problemy nie budzą większych zastrzeżeń i zostały one przez laboratoria wykonujące badania nieniszczące wprowadzone w życie to wdrożenie nowej normy, która wprowadza 3 klasowy system klasyfikacji wad i odnosi się do wszystkich rodzajów wad zarówno wewnętrznych wykrywanych metodami objętościowymi jak i wad zewnętrznych wykrywanych metodą wizualną i metodami powierzchniowymi budzi wiele kontrowersji. Należy zaznaczyć, że norma ISO 5817 nie przywołuje konkretnej metody badania a jest ona uniwersalna i ma zastosowanie do wszystkich metod badań nieniszczących a więc stanowi dobra bazę do unifikacji przepisów. Wdrożenie nowego systemu klasyfikacji wad wymusiło na instytucjach nadzorujących wprowadzenie zmian do przepisów. Analizując przepisy różnych Instytucji Klasyfikacyjnych można stwierdzić, że wprowadziły one do swoich przepisów w części lub w całości wymagania aktualnych norm z zakresu zapewnienia jakości w spawalnictwie. Można tu zauważyć, że normy podstawowe związane z wprowadzeniem nowych jednolitych pojęć zostały prawie w całości wdrożone do przepisów o tyle przywołana tu norma ISO 5817 wprowadzając 3 klasy jakości spoin stwarza różne problemy związane z dostosowaniem stosowanych dotychczas systemów klasyfikacji spoin (atlas, wymagania ASTM, lub inne). Klasy jakości spoin wg normy: klasa B wymagania ostre, klasa C wymagania średnie, klasa D wymagania łagodne. Ocena jakości połączenia spawanego polegająca na wykryciu wady jedną z metod badań nieniszczących określeniu jej wielkości (co jest zależne od zastosowanej metody) a następnie zakwalifikowaniu danej wady do jednej z trzech klas. Wymagany poziom jakości powinien zostać określony pomiędzy projektantem, wykonawcom i użytkownikiem już na etapie projektowania lub zawierania kontraktu i powinien on uwzględniać stopień zagrożeń w przypadku awarii oraz czynnik ekonomiczny, przeznaczenie konstrukcji spawanej oraz ewentualne warunki jej eksploatacji. Na zakończenie chciałbym odnieść się do postawionego przez organizatorów pytania Dlaczego metoda radiograficzna jest po macoszemu traktowana przez Instytucje klasyfikacyjne? pragnę powiedzieć, że w Przepisach Polskiego Rejestru Statków S.A. obie metody badawcze RT i UT są traktowane na równi i w pełni zastępowalne tam gdzie ma to techniczne uzasadnienie. Wracając do postawionego pytania mogę jedynie przedstawić kilka opinii przybliżających odpowiedź. Pierwszym i podstawowym kryterium doboru metod kontroli (RT/UT) to decyzja projektanta, który w uzgodnieniu z wykonawcą a w naszych realiach z laboratorium (gdyż jest ono jedną z komórek organizacyjnych wykonawcy) decyduje o doborze meto- 4
dy badawczej. Instytucje nadzorcze tylko zatwierdzają przedstawione propozycje ewentualnie korygując przestawione plany o własne doświadczenia z prowadzonych nadzorów jednak są to głównie korekty weryfikujące miejsca podlegające badaniu. Kolejną przyczyną powodującą ograniczenie zastosowania metody RT są głównie względy ekonomiczne: jednostkowa cena wykonywanego badania, zakup sprzętu i koszty związane z jego eksploatacją, kwalifikacje osób wykonujących badania, oceniających jak również w przypadku wykorzystywania promieniowania gamma uprawnienia Państwowej Agencji Atomistyki, i związane z tym kontrole a w ostatnich czasach sprawozdawczość, możliwość wykonywania zdjęć najczęściej na 3 zmianę, czy też wykorzystywanie przestrzeni zamkniętych (wydzielone pomieszczenia) z uwagi na ograniczenie przebywania osób w rejonie badania. Przedstawione czynniki należą do głównych przyczyn dla których nie tyle Instytucje Klasyfikacyjne wycofują się ze stosowania metody RT co bardziej wykonawcy konstrukcji stalowych (patrz laboratoria) niechętnie podchodzą do tego tej metody badań pozostawiając ją jako ostatnią metodę do zastosowania (znane mi jest to z doświadczenia związanego z uznawaniem laboratoriów przez PRS S.A.). Należy wspomnieć tu również o zaletach badań radiograficznych tj. stosowanie dla małych grubości, rozwiązań węzłów konstrukcyjnych (tam gdzie nie można wykonać badania metodą UT) i możliwości stosowania dla materiałów dla których metoda UT nie ma zastosowania niezaprzeczalną zaleta badań RT jest otrzymanie dokumentacji badanego obiektu (czarno na białym dosłownie i w przenośni) w postaci zdjęcia radiograficznego ale aby nie było tak dobrze metoda UT nie pozostaje w tyle i zastosowanie techniki cyfrowej do przetwarzania obrazów i dokumentowania powoli zaczyna w tym zakresie dorównywać metodzie RT. Jedynym polem na którym obie metody RT i UT w dzisiejszych czasach rywalizują w miarę na jednym poziomie to automatyzacja obu metod ale jest to osobne zagadnienie i trudno w chwili obecnej wnioskować która z metod wysunie się do przodu. Podsumowując pragnę stwierdzić, że instytucje nadzorcze wcale po macoszemu nie traktują metody RT myślę, że będzie ona stosowana głównie tam gdzie metoda UT nie będzie miała zastosowania i w tym kierunkach należy rozpatrywać kierunki jej stosowania. Mając na uwadze powyższe życzę Państwu owocnych obrad. Dziękuję za uwagę. 5