KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r.

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 25817 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 lmax ≤ 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

KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r.

Wskazanie zdefiniowane w PN-EN 12062

jako zobrazowanie niezgodności lub sygnał

od niej, w postaci jaką umożliwia stosowana

metoda badań nieniszczących.

Klasy badania spoin metodą radiograficzną

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

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

66

KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r.

Własności błony wpływające bezpośrednio na jakość

obrazu to:

- gradient G,

- ziarnistość sD,

- stosunek gradientu do szumu G/sD (zdolność rozdzielcza)Rozdzielczość jest kombinacją kontrastu i ostrości obrazu, które zależą

od nieostrości wewnętrznej (Ui). Ui 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= D2 - D1 (kontrast)

DE=E2 - E1 różnica dawek eksp.

Wartość ekspozycji:

prąd anodowy x czas [mA min];

aktywność x czas [GBq⋅h], [Ci⋅min]

26

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

oC

przez 8 min.

Wykres ekspozycji dla źródła Ir 192 w

odległości SFD = 1m od błon (D3 do D8)

Dla źródeł izotopowych wykres ekspozycji pozwala wyznaczyć wartość: „aktywność x czas”, a parametrem wykresu jest odległość ogniskowa SFD

67

KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r.

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 spawanychPoziom 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 25817

Poziomy akceptacji (PAK) wskazań uzyskanych metodami:

VTwg EN 25817

RTwg EN 12517

UTwg EN 1712

PTwg EN ISO 23277

MTwg EN ISO 23278

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-3UT nie

zalecane**) PAK-3x PAK-3x

**)Może być uzgodnione między stronami dla takich samych wymagań jak w PJA-C

68

KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r.

VT RT

Kryteria akceptacji wskazań w badaniach radiograficznych

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

KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r.

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) DDSR = 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

KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r.

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 6520-1: 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

KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r.

[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 3452-3: Badania nieniszczące. Badania penetracyjne. Próbki odniesienia

[12] PN-EN ISO 3452-4: Badania nieniszczące. Badania penetracyjne. Wyposażenie

[13] PN-EN ISO 9934-1: 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 12517-1: 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