ZASTOSOWANIE PRBY PCHERZYKOWEJ

DO BADANIA SZCZELNOCI ZCZY SPAWANYCH

J. Czuchryj, . Bartosz Instytut Spawalnictwa, Gliwice

Wprowadzenie Wspczenie wykonywane konstrukcje spawane charakteryzuje dua rnorodno

ksztatw, rozwiza konstrukcyjnych i zastosowa. Wrd tych konstrukcji du grup

stanowi wyroby w postaci rnego rodzaju rurocigw, zbiornikw, cystern, silosw,

pojemnikw, boksw, przewodw wentylacyjnych lub spalinowych, powok osonowych,

korpusw itp. Na og s to konstrukcje niecinieniowe. Ich dopuszczenie do eksploatacji

uwarunkowane jest szczelnoci zczy spawanych. Konieczne jest zatem dobranie takiej

metody badania szczelnoci, aby bya ona zarwno skuteczna, jak i atrakcyjna pod wzgldem

ekonomicznym. Jedn z takich metod jest prba pcherzykowa [1, 2].

Charakterystyka prby pcherzykowej Zgodnie z norm PN-EN 1330-8:2001 prba pcherzykowa stosowana jest do

wykrywania przeciekw poprzez zanurzenie obiektu w pynie prbnym lub pokrycie jego

zewntrznej powierzchni roztworem substancji powierzchniowo czynnej (pienicej). Rnica

cinienia na obu stronach cian obiektu powinna by wystarczajco wysoka, aby ujawni

przecieki przez tworzenie si pcherzykw. Jak wida, prba pcherzykowa obejmuje

technik zanurzeniow oraz technik nanoszenia cieczy. W tej drugiej mona wyrni

obiekty poddawane bezporedniemu dziaaniu cinienia lub obiekty nie poddawane

bezporedniemu dziaaniu cinienia.

W obszarze zainteresowania autorw opracowania pozostaje technika nanoszenia

cieczy w odniesieniu do obiektw nie poddawanych bezporedniemu dziaaniu cinienia.

Technika ta wymaga przyoenia odpowiedniej komory prniowej (z wziernikiem

obserwacyjnym) do badanego odcinka spoiny lub czci obiektu, pokrytej uprzednio ciecz

czynn powierzchniowo (rys.1).

Rys.1. Zasada badania szczelnoci z zastosowaniem prby pcherzykowej i techniki nanoszenia cieczy: 1 - obszar badany z ciecz wykrywajc, 2 - wziernik obserwacyjny, 3 - krciec pompy prniowej, 4 - uszczelnienie, 5 badany obiekt, 6 - komora prniowa, 7 - manometr.

Badanie szczelnoci zczy spawanych polega na wykorzystaniu zjawiska przenikania

gazu (powietrza) z orodka o cinieniu wyszym do orodka o cinieniu niszym, w

przypadku gdy istnieje poczenie midzy tymi orodkami. Badanie odbywa si w powietrzu

atmosferycznym dziki wytworzonemu podcinieniu w nakadanej na badany odcinek

komorze. Kapilarne nieszczelnoci w spoinie stanowi poczenie midzy orodkami o

rnym cinieniu. W pokrytym pianotwrczym roztworem zczu nastpuje przenikanie

powietrza z atmosfery do komory poprzez nieszczelnoci, w wyniku oddziaywania rnicy

cinie. Powoduje to powstanie pcherza pozwalajcego na umiejscowienie nieszczelnoci.

Podczas badania naley wzi pod uwag rodki ostronoci zwizane z projektowaniem

i konstrukcj komory prniowej celem zapobieenia ewentualnej implozji. Podczas prby

cinienie powinno by stopniowo zmniejszane do okrelonego cinienia badania (np. do

osignicia 20 kPa lub 50 kPa). Warto cinienia powinna by utrzymana przynajmniej

30 sekund. Dla zczy spawanych wymaga si, aby obszar badany obejmowa spoin oraz

co najmniej 25 mm z kadej jej strony, liczc od przejcia spoiny do materiau

podstawowego.

Metody pcherzykowej nie stosuje si do badania szczelnoci konstrukcji, dla ktrych

przewidziano przeprowadzenie cinieniowej prby wodnej. Cinieniowa prba wodna jest

jednoczenie prb wytrzymaoci kontrolowanej konstrukcji i nie moe by zastpiona

innymi metodami bada szczelnoci.

2

Urzdzenia do prby pcherzykowej Brak na rynku krajowym urzdze umoliwiajcych przeprowadzenie prby

pcherzykowej w odniesieniu do zczy spawanych spowodowa podjcie w Instytucie

Spawalnictwa prac projektowych. W ich wyniku zbudowano prototyp urzdzenia,

oznaczonego symbolem UKS-0, ktry sprawdzono w warunkach przemysowych [3, 4, 5].

Prace nad udoskonaleniem konstrukcji urzdzenia, a w szczeglnoci komory prniowej,

byy kontynuowane. Na ich podstawie opracowano now wersj urzdzenia (UKS-1),

wyposaonego w podun komor prniow o zwikszonej wydajnoci. Kolejny etap prac

modernizacyjnych polega na opracowaniu i wyposaeniu urzdzenia UKS w dodatkow

komor do badania zczy krzyujcych si i na powierzchniach zakrzywionych. Powstaa

w ten sposb wersja UKS-2 [6, 7], znacznie lepiej speniajca wymagania klientw

z przemysu.

W badaniach szczelnoci zczy spawanych problem stanowi ocena szczelnoci zczy

ze spoinami pachwinowymi. W szczeglnoci dotyczy to pocze cargi z dnem duych

zbiornikw magazynowych. Aby uatwi t ocen, opracowano odpowiedni komor ktow

(rys.2) i wdroono do produkcji urzdzenie UKS-3 [8], umoliwiajce kontrol szczelnoci

spoin pachwinowych w rnego rodzaju zczach ktowych.

Rys.2.

Widok komory ktowej podczas badania zcza prbnego ze spoin pachwinow.

3

Wykonanie komory ktowej jest jednak skomplikowane i czasochonne, a w zwizku

z tym kosztowne. Z tego powodu zawieszono produkcj wersji UKS-3 do czasu opracowania

komory taszej i lepszej w zastosowaniu przemysowym. Obecnie, do seryjnej produkcji

wchodzi wersja urzdzenia o oznaczeniu UKS-4, zmodernizowanego (w porwnaniu do

wersji poprzednich) pod wzgldem ergonomicznym i pomiarowym.

Urzdzenie UKS-4 do pcherzykowej prby szczelnoci zczy spawanych skada si

z trzech podstawowych zespow, tj.: okrgej komory prniowej, podunej komory

prniowej i pompy sscej. Komory ograniczaj przestrze, w ktrej wytwarzane jest

podcinienie robocze po odpompowaniu powietrza.

Komory prniowe zbudowane s z przeroczystych pyt obserwacyjnych, cianek

bocznych ograniczajcych komory na obwodzie i uszczelek gumowych o przekroju okrgym.

Przeroczyste pyty umoliwiaj obserwacj badanego odcinka zcza podczas

przeprowadzania prby, natomiast uszczelki cile przylegajc do zcza izoluj przestrze

komr od otoczenia. Istnieje moliwo regulacji stopnia przylegania uszczelki do badanej

powierzchni. W pyty obserwacyjne wbudowano czniki do elastycznych przewodw,

zawory zapowietrzajce i manometry. Elastyczne przewody umoliwiaj wypompowanie

powietrza z komr prniowych, natomiast zawory ich zapowietrzenie po wykonaniu prby

oraz regulacj cinienia poprzez odpowiednie ustawienie pokrta. Obserwacja wskaza

manometrw gwarantuje uzyskanie wymaganych parametrw prby. Ponadto w komorach

zamontowano owietlenie uatwiajce obserwacj powstajcych pcherzykw na badanym

odcinku spoiny. Owietlenie stanowi nastawne diody typu LED o rednicy 10 mm,

charakteryzujce si duym nateniem wiata. Diody zasilane s z toroidalnego

transformatora napiciem bezpiecznym o wartoci 12 V. Komora okrga przeznaczona jest

do badania zczy doczoowych krzyujcych si oraz zczy na powierzchniach

zakrzywionych (np. sferycznych). Komora poduna przeznaczona jest do badania paskich

zczy doczoowych i charakteryzuje si zwikszon wydajnoci. Konstrukcja obu komr

umoliwia badanie szczelnoci spoin pachwinowych w zczach zakadkowych

(nakadkowych), przy czym grubo materiau podstawowego nie powinna przekracza

10-12 mm. Pompa ssca wytwarza w komorach wymagane podcinienie przez

wypompowanie z nich powietrza poprzez elastyczny przewd czcy komory z pomp.

W urzdzeniu UKS-4, wykonywanym w Instytucie Spawalnictwa, pomp ssc stanowi

pompa prniowa typu TW-2A produkcji USA. Widok urzdzenia UKS-4, z podczon

komor okrg, podczas badania obwodowego zcza doczoowego rury pokazano na rys. 3.

4

Rys.3.

Widok urzdzenia UKS-4 podczas badania szczelnoci obwodowego zcza doczoowego rury z zastosowaniem prby pcherzykowej.

Urzdzenie UKS-4 charakteryzuje si nastpujcymi parametrami technicznymi:

1. komora okrga:

rednia zewntrzna - 292 mm,

rednia wewntrzna - 210 mm,

maksymalna dugo badanego odcinka zcza (lub odcinkw na skrzyowaniach

spoin) - 210 mm,

owietlenie diodami LED (10 mm, 12 V),

masa ok. 3,1 kg;

2. komora poduna:

wymiary zewntrzne 1000 x 247 x 56 mm,

maksymalna dugo badanego odcinka zcza 910 mm,

owietlenie diodami LED (10 mm, 12 V),

masa ok. 12 kg;

3. pompa ssca:

typ pompa prniowa,

model TW 2A,

zasilanie 220 V, 50 Hz,

wymiary 319 x 125 x 243 mm,

5

masa 11 kg,

cinienie graniczne 10 Pa.

Wymagania dotyczce zczy spawanych Wysoko nadlewu, h, spoin czoowych przeznaczonych do prby pcherzykowej

powinna by zgodna z obowizujcymi normami wyrobu i spenia nastpujc zaleno:

h = 1 mm + 0,1b (max. 5,0 mm)

gdzie: b szeroko nadlewu spoiny.

Lico tych spoin powinno agodnie przechodzi do materiau podstawowego. Lico

spoin pachwinowych powinno by paskie lub wklse i rwnie agodnie przechodzi do

materiau podstawowego. agodne przejcia lica spoin do materiau uatwiaj przyleganie

uszczelki komory prniowej do zcza oraz przeduaj jej ywotno. W stosunku do spoin

otworowych wymaga nie ustala si.

Przygotowanie zcza do prby Spoin oraz przylegajc do niej z obu stron stref o szerokoci co najmniej 40 mm

naley dokadnie oczyci z rdzy, farby, smarw, ula, zgorzeliny i rozpryskw stopiwa

elektrod. Pozostawienie tych zanieczyszcze na powierzchni zcza moe uniemoliwi

powstawanie wskaza w postaci pcherzykw lub powodowa wskazania pozorne (faszywe).

Na powierzchni badanego zcza naley nanie roztwr pianotwrczy (ciecz wykrywajc)

i rwnomiernie rozprowadzi go mikkim pdzlem. Nie naley stosowa roztworw

gwatownie spieniajcych si podczas nakadania na badan powierzchni.

War