Metody kontroli połączeń

spawanych

Sandra Cygnarowska

Konstrukcje spawane w czasie swej pracy przenoszą
obciążenia stałe lub zmienne i są narażone na różne
uszkodzenia złączy spawanych.

Z tego względu złącza spawane podlegają odpowiedniej
kontroli, bez której nie mogą być dopuszczone do użytku.

Odbiór połączeń spawanych powinien być przeprowadzony
przez Zakładową Kontrolę Techniczną lub inne instytucje.

Podział kontroli złączy

spawanych:

• Kontrola wstępna

• Kontrola w trakcie spawania

• Kontrola po spawaniu

Kontrola wstępna

1. Analiza dokumentacji (klasa konstrukcji i wadliwość

spoin)

2. Ocena kwalifikacji spawaczy

3. Kontrola materiałów rodzimych

4. Kontrola materiałów dodatkowych

5. Stan techniczny urządzeń i sprzętu spawalniczego

6. Bezpieczeństwo stanowiska i warunków pracy spawacza

7. Kontrola przygotowania części do spawania

Kontrola w trakcie spawania

Obejmuje kontrolę:

1. przygotowania elementów do spawania

2. kontrola procesu i parametrów spawania

Przykłady:

• sprawdzenie techniki spawania i sumienności pracy

spawania

• sprawdzenie jakości wykonania poszczególnych

ściegów

• sprawdzenie stosowania dodatkowych zabiegów

Kontrola po spawaniu

Obejmuje kolejne etapy:

1. Sprawdzenie oznaczeń materiałowych wybitych na

poszczególnych elementach konstrukcji

2. Sprawdzenie czy oznaczenia spoin są zgodne z

oznaczeniami wpisanymi do dziennika

3. Sprawdzenie, czy wszystkie spoiny zostały wykonane

przez spawaczy mających odpowiednie kwalifikacje i

czy zostały ostemplowane ich osobistymi znakami

4. Sprawdzenie zgodności wymiarów konstrukcji z

dokumentacją techniczną

5. Skontrolowanie wymiarów spoin pachwinowych

6. Przeprowadzenie dokładnych oględzin

zewnętrznych

wszystkich wykonanych spoin, w celu uzyskania

wad

zewnętrznych

7. Przeprowadzenie po oględzinach zewnętrznych

i ewentualnych poprawkach badań radiologicznych

spoin

czołowych

8. Przeprowadzenie ewentualnych innych badań

nieniszczących

(np. badań szczelności)

9. Przeprowadzenie ewentualnych badań

laboratoryjnych

niszczących

(np. badań własności mechanicznych)

10. Przeprowadzenie ewentualnych prób

eksploatacyjno – ruchowych

Niezgodności spawalnicze

Niezgodnością spawalniczą określa się
niedoskonałość złącza, która odbiega od idealnej
jakości złącza pod względem budowy i kształtu.

Może stanowić lub też stanowi zagrożenie
pogorszenia właściwości eksploatacyjnych
konstrukcji.

Podział ze względu na wielkość:

• niezgodności spawalnicze makroskopowe- można dostrzec

własnym okiem nie uzbrojonym lub przy powiększeniu 25x

lub też z użyciem badań nieniszczących

• niezgodności spawalnicze mikroskopowe – wykrycie wymaga

metod o dużej rozdzielczości, zwykle badań

metalograficznych

Podział ze względu na położenie:

• niezgodności spawalnicze zewnętrzne – wychodzące lub

usytuowane na zewnątrz lub usytuowane nazłącza

• niezgodności spawalnicze wewnętrzne- usytuowane

wewnątrz obszaru spoiny

Niezgodności spawalnicze złączy

spawanych:

1. Pustki gazowe

przyczyną ich powstawania w spoinie są gazy

(wodór, tlen,

azot) rozpuszczone w ciekłym metalu, które na

wskutek

zmniejszającej się rozpuszczalności wraz z

obniżeniem

temperatury wydzielają się z metalu

Rys. 1
a - pustki gazowe (pory) wychodzące na powierzchnie spoiny pachwinowej, pow. 10x.
b - przełom złącza doczołowego blach ze stali niskowęglowej ze zaznaczoną ilością pęcherzy
wychodzących na powierzchnię (b), pow. 1x

a)

b)

2. Wtrącenia stałe

wtrącenia stałe występujące wewnątrz lub na powierzchni
spoiny to:
wtrącenia żużli, wtrącenia topnika, błona tlenkowa,
wtrącenia tlenków, wtrącenia metalu.

Rys. 2
Wtrącenie tlenkowe międzyściegowe w spoinie

3. Przyklejenia

brak połączenia metalicznego między metalem spoiny,
a materiałem podstawowym oraz między
poszczególnymi
ściegami spoiny

Rys. 3
Przyklejenie w złączu teowym blach, pow. 1x

4. Brak przetopu

niewypełnienie wymogów projektowych konstrukcji pod
względem stopnia przetopienia złącza.

Rys. 5
Brak przetopu złącza doczołowego blach, pow. 2x

Rys. 4
Rodzaje niezgodności spawalniczych braku
przetopu w złączach spawanych:
a) brak przetopu spoiny jednostronnej
b) brak przetopu spoiny dwustronnej

Rys. 5
Pęknięcie w złączu blach,
pow. 1x

Rys. 6
Pęknięcie przebiegające po granicach ziaren,
pow. 100x

5. Pęknięcia

pęknięcia złączy spawanych są wynikiem takiego stanu naprężeń
(odkształceń), w którym występuje lokalne przekroczenie
wytrzymałości metalu na rozciąganie (utrata ciągliwości)

Niezgodności spawalnicze dotyczące kształtu

złączy spawanych:

• nieprawidłowe warunki technologiczne i techniki

spawania

powodujące takie niezgodności:

przetopienia, pory, nadmierny nadlew lica, wyciek,

• niewłaściwe oprzyrządowanie i dopasowanie

przedmiotów

przed spawaniem oraz nieprawidłowa technika

spawania,

przykłady niezgodności:

przesunięcie brzegów, odkształcenie kątowe

• niska kultura techniczna pracy spawacza, operatora

i nadzoru spawalniczego, przykłady niezgodności:

rozprysk metalu, podszlifowanie

Badania jakości złączy

spawanych

Podział metod badań:

• niszczące metody badań

• nieniszczące metody badań

Niszczące metody badań

Podział:

1. badania mechaniczne

2. badania metalograficzne

Badania metalograficzne

Zastosowanie tych badań jest bardzo szerokie i

dotyczy:

•

doboru prawidłowych materiałów na konstrukcje

spajane

• sprawdzenia i korygowania ustalonej technologii

spawania

poprzez badania złączy próbnych

• kontroli prawidłowości wykonania połączeń spajanych

• ustalenia przyczyn powstania wad spawalniczych i

przyczyn

awarii konstrukcji spawanych

• kontroli złączy egzaminacyjnych przy kwalifikowaniu

spawaczy

Dzieli się na:

- badania makroskopowe

- badania mikroskopowe

Badania makroskopowe

Umożliwiają określenie:

• kształtu geometrycznego przekroju poprzecznego

spoiny

lub zgrzeiny
• wielkości i kształtu stref wpływu ciepła

• wad makroskopowych materiału rodzimego, stref

wpływu

ciepła spoiny lub zgrzeiny
• struktury pierwotnej lub wtórnej spoiny oraz materiału

rodzimego
• niejednorodności w składzie chemicznym i

niejednorodności

wywołanych ewentualną obróbką cieplną lub

cieplno - chemiczną

Badania mikroskopowe

Prowadzi się w celu ustalenia:

• struktury spoin (pierwotnej lub wtórnej)
• struktury i zasięgu stref wpływu ciepła
• struktury materiału rodzimego

• wykrycia wad makroskopowych (strukturalnych)

Badania mechaniczne

Badania właściwości mechanicznych stanowią ważną

grupę

badań umożliwiających ocenę właściwości materiałów

przeznaczonych na konstrukcje spajane i właściwości

mechanicznych wykonanych połączeń spajanych.
Klasyczne metody badania właściwości mechanicznych

są

stosowane w kontroli jakości:
• kontroli złączy kwalifikacji spawaczy

• kontroli materiałów dodatkowych

• kontroli materiałów podstawowych

• złączy po spawaniu
• złączy próbnych wykonanych w trakcie opracowania

nowych technologii spawania, ustalania warunków

spawania, zastosowania nowych materiałów itp..

Badania własności mechanicznych złącza spawanego

można

podzielić na następujące grupy prób:

1. statyczna próba rozciągania

2. próby zginania

3. próby udarności

4. próby twardości

5. próby technologiczne

6. metody mechaniki pękania

1. Statyczna próba rozciągania

Jest podstawową próbą wytrzymałościową stosowaną

w badaniach właściwości metali. Umożliwia ona

określenie,

między innymi następujących wielkości:

• wytrzymałości na rozciąganie – R

m

• granicy plastyczności – R

e

• przewężenia procentowego przekroju – Z

• wydłużenia - A

2. Próba zginania

Próbę zginania złączy doczołowych prowadzi się w celu
sprawdzenia plastyczności złączy oraz wykrycia możliwych
wad spawania lub zgrzewania.

Podczas zginania włókna zewnętrzne są rozciągane,
natomiast wewnętrzne są ściskane.

3. Próby udarności

Polega na złamaniu jednym uderzeniem młota próbki z

karbem, podpartej swobodnie na obu końcach oraz

pomiarze energii jej załamania.

Próby udarności spoiny obejmuje określenie udarności

spoiny, strefy wpływu ciepła złącza oraz łącznej

udarności.

Próby udarności można zastosować także do oceny

skłonności do starzenia materiału rodzimego i spoiny.

Udarność określona przy użyciu młota typu Charpy (KC)

wyraża się stosunkiem pracy zużytej na załamanie

próbki K do pola powierzchni próbki w miejscu jej

załamania (miejscu karbu)

4. Próby twardości

Najczęściej w badaniach twardości stosuje się metody:
Vickersa (HV), Brinella (HBW) i Rockwella (HR)

W badaniach twardości połączeń spajanych największe
zastosowanie ma metoda Vickersa, polegająca na
wciśnięciu w badany materiał diamentowego
ostrosłupa o podstawie kwadratu i kącie 136

o

pomiędzy

przeciwległymi ścianami.
Dzięki małym wymiarom odcisków jest możliwy pomiar
twardości cienkich warstw oraz wąskich stref.

5. Próby technologiczne

Są to badania uzupełniające, które umożliwiają w

prosty

sposób sprawdzenie właściwości wykonanego

połączenia

spajanego w warunkach warsztatowych.

Próbami technologicznymi są:

• próby łamania złączy doczołowych, złączy kątowych

i

nakładkowych ze spoinami pachwinowymi

(PN-EN

1320:1999)

• próby technologiczne złączy zgrzewanych liniowo i

punktowo

(BN-75/4144-01, BN-75/4144-02)

6. Metody mechaniki pękania

Na przebieg pękania ma wpływ:

• rodzaj materiału rodzimego i połączenia spawanego

• rodzaj obciążenia ( statyczne lub dynamiczne)

• warunki eksploatacji

Mechanika pękania zajmuje się określeniem warunków

krytycznych rozprzestrzenia się wcześniej

zainicjowanego

pęknięcia. Zapoczątkowanie pęknięcia jest tłumaczone

głownie mechanizmami opartymi na teorii dyslokacji.

Stosuje się liniowo sprężystą i sprężysto – plastyczną

mechanikę pękania do określania odporności materiału

na zapoczątkowanie pęknięcia kruchego.

Nieniszczące metody badań

Zadaniem tych badań jest:

ocena stanu materiału, charakteryzowanie i

identyfikacja

tego stanu

oraz dokonywanie na tej podstawie

predykcji

dotyczących jakości, trwałości, bezpiecznej

eksploatacji,

utraty nośności i zbliżenia się do stanu krytycznego.

Do podstawowych grup metod można zaliczyć:

• metody optyczne

• metody radiacyjne

• metody ultradźwiękowe

• metody magnetyczne

1.Oględziny zewnętrzne

Polega na kontroli wzrokowej okiem nieuzbrojonym lub
z zastosowaniem przyrządów optycznych dających
powiększenia, jak również na pomiarach kształtu i wymiarów
spoin, aby sprawdzić, aby sprawdzić, czy badane połączenia
spełniają określone wymagania.

2. Badania szczelności

Szczelność jest to zdolność naczynia do zachowania
w warunkach pracy wyjściowej ilości płynu. Miarą szczelności,
a dokładniej nieszczelności, jest przeciek płynu, wyrażony
jako natężenie przepływu masy płynu.

Celem badania szczelności jest wykrycie nieszczelności lub
też wykrycie i pomiar szczelności.

Jednym z częściej przyjmowanych kryteriów stosowania
różnych metod badań szczelności jest czułość układu badania.

Najczęściej stosowane metody wykrywania

nieszczelności:

1. metoda spektrometryczna

2. metoda halogenowa

3. metoda manometryczna

4. metoda akustyczna

5. metoda chemiczna

6. metoda pęcherzykowa

7. metoda hydrostatyczna

3. Badania penetracyjne

Prowadzone są w celu wykrycia wad wychodzących na
powierzchnię w połączeniach spawanych, lutowanych i
rzadziej zgrzewanych.

Stosowane są w trakcie wytwarzania konstrukcji
spawanej, po spajaniu, w celu sprawdzenia wytworu
końcowego oraz podczas eksploatacji.

Najczęściej wyrywanymi wadami są:
pęknięcia, braki przetopu oraz pęcherze wychodzące
na powierzchnię.

4. Badania magnetyczno - proszkowe

Polega na wzbudzaniu w nich pola magnetycznego
i wykrywaniu lokalnych magnetycznych strumieni
rozproszenia, które powstają nad powierzchnią
badanego połączenia.

Badania magnetyczno – proszkowe stosowane są do
wykrywania wad wychodzących na powierzchnię lub
podpowierzchniowych w połączeniach spajanych
materiałów
ferromagnetycznych.

Badania te są stosowane głównie do wykrywania
pęknięć.

5. Badania radiologiczne

W badaniach najczęściej wykorzystuje się promieniowanie
X (Roentgena) lub promienie g (gamma).
Kontrola radiologiczna polega na wykonaniu radiogramów
badanych złączy, następnie opisaniu zaobserwowanych na
otrzymanych radiogramach niezgodności (miejsc o różnym
zaciemnieniu) i ocenie, na ich podstawie, jakości złączy.

Zalety metody:

• dobra wykrywalność wad wewnętrznych

• prosta interpretacja wyników badań

• uzyskanie radiogramu, który może być wielokrotnie
analizowany

6. Badania ultradźwiękowe

Oparte są na zjawisku rozchodzenia się fal
ultradźwiękowych w ciałach stałych. Fale
ultradźwiękowe powstają wskutek drgań przetwornika
( płytki piezoelektrycznej ), po doprowadzeniu do jego
powierzchni prądu o wielkiej częstotliwości.

Badania ultradźwiękowe są najtrudniejszą metodą
badań nieniszczących. Umożliwiają wykrycie nawet
najmniejszych
pęknięć czy przyklejeń.

7. Badania prądami wirowymi

W badaniu wykorzystuje się prądy wirowe, które powstają
w badanym elemencie przewodzącym prąd elektryczny pod
wpływem zmiennego pola magnetycznego wytworzonego
przez cewkę zasilaną prądem przemiennym o częstotliwości
od 1 kHz do 1.5 MHz.

Badania służą do wykrycia niezgodności spawalniczych
występujących na powierzchni, takich jak:
pęknięcia przyklejenia, braki przetopu, porowatość,
pęcherze kanalikowe, wyciek stopiwa itp.

Literatura:

• Stanisław Piwowar „Kontrola procesów spawalniczych”,

Warszawa 1979

• Andrzej Niedzielski „Spawalnictwo”, Gdańsk 2009
• Andrzej Szymański „Kontrola i zapewnianie jakości w

spawalnictwie”, tom 2, Gliwice 1988

• Jan Pilarczyk „Poradnik inżyniera. Spawalnictwo”,

cz.1, Warszawa 2003

• Mieczysław Myśliwiec „Techniki wytwarzania.

Spawalnictwo”, Warszawa 1984

• Piotr Adamiec, skrypt uczelniany, „Techniki wytwarzania.

Spawalnictwo”, Gliwice 1994

• Kazimierz Ferenc „Spawalnictwo”, Warszawa 2007