Tvorba postupov zvárania kovových materiálov

Transkript

1 Tvorba postupov zvárania kovových materiálov Ing. Miloš Mičian, PhD.

2 Pojmy z danej problematiky Predbežne stanovený postupu zvárania pwps dokument, ktorý obsahuje požadované veličiny postupu zvárania, ktoré sa musia schváliť jednou z existujúcich metód podľa tejto normy. Pri jeho tvorbe sa vychádza z výrobku, ktorý výrobca bude vyrábať. Predbežne stanovený postup zvárania spracuje výrobca (napr. jeho zváračský technológ) na základe požiadaviek na postup zvárania a s využitím predchádzajúcich skúsenosti a v zmysle normy ISO Protokol o schválení postupu zvárania WPQR dokument prinášajúci prehľad výsledkov hodnotenia každej skúšobnej vzorky vrátane opakovaných skúšok. Musia byť v ňom uvedené príslušné položky pwps v súlade s ISO WPQR podrobne opisujúci výsledky skúšok postupu zvárania sa schváli, ak sa nevyskytnú žiadne nevyhovujúce výsledky skúšok. Musí byť podpísaný a datovaný skúšajúcim alebo skúšobnou organizáciou. Stanovený postup zvárania WPS dokument, ktorý bol schválený jednou z metód schvaľovania a poskytuje požadované premenné veličiny postupu zvárania tak, aby sa zaručila jeho opakovateľnosť počas výrobného zvárania. Niektorí výrobcovia uprednostňujú k vypracovanej WPS aj dodatočné vypracovanie pracovných inštrukcií na všetky špecifické práce ako súčasť podrobného výrobného plánovania.

3 Účelnosť použitia postupov zvárania Postup zvárania je definovaný ako stanovený postup prác, ktorý treba dodržiavať pri zhotovení zvaru vrátane spôsobu zvárania s ohľadom na základné a prídavné materiály, prípravu, predhrev, postupu zvárania, tepelného spracovania, zváracích zariadení a príslušenstva. Schválené postupy zvárania je nutné použiť všade tam, kde zváranie výrazne ovplyvňuje kvalitu hotového výrobku. Predpisy v oblasti zavádzania kvality ISO 9000 a ISO 3834 tiež vyžadujú schválené postupy zvárania

4 Schéma schvaľovania postupu zvárania Výrobca na základe požiadaviek na postup zvárania daného výrobku (čo môžu byť zákonné požiadavky,technické pravidlá, výrobkové normy alebo dohoda s dodávateľom) stanoví na základe predchádzajúcej skúsenosti s výrobou predbežne stanovený postup zvárania pwps Skúšobná organizácia overí zhotovenie a odskúšanie vzorky zvarového spoja podľa pwps s cieľom schváliť navrhnutý postup zvárania. Určí rozsah a organizáciu zabezpečenia nedeštruktívnych skúšok (NDT) a deštruktívnych skúšok. Skúšobná organizácia potom overí zhodu všetkých vykonaných činností s príslušnou normou na schválenie postupu zvárania Po vykonaní všetkých skúšok predpísaných normou a získaní vyhovujúcich výsledkov skúšok skúšobná organizácia spracuje protokol o schválení postupu zvárania WPQR V poslednej fáze sa spracujú stanovené postupy zvárania WPS pre všetky zvary v rozsahu, ktorý bol schválený skúškou postupu zvárania.

5 Spôsoby schvaľovania postupov zvárania EN ISO schválenie na základe overených zváracích materiálov EN ISO schválenie na základe predchádzajúcej skúsenosti zo zvárania EN ISO schválenie použitím normalizovaného postupu zvárania EN ISO schválenie na základe predvýrobnej skúšky zvárania EN ISO (časť 1 až 10) - schválenie na základe skúšky postupu zvárania

6 Príklad schvaľovania postupu zvárania Legenda Výmenník je určený na ohrev plynu pred jeho redukciou na nižší tlak. Plyn prúdiaci rúrkovnicou je ohrievaný teplou obehovou kvapalinou prúdiacou v medzirúrkovom priestore. Poznámka č.1: Z obrázku je zrejme, že výmenník obsahuje množstvo Zvarových spojov. Každý takýto zvarový spoj musí prejsť schválením v zmysle noriem radu EN Objektom záujmu bude zvar č.1 Poznámka č.2: Súčasťou tohto výkresu môže byť aj identifikačná tabuľka, ktorá popisuje pohyb prác na jednotlivých zvarových spojov. Túto identifikáciu vyžaduje aj systém kvality vo zváraní napr. EN ISO3834

7 Technický obsah stanoveného postupu zvárania pwps/wps Údaje o výrobcovi (identifikácia výrobcu, identifikácia WPS, odkaz na WPQR) Údaje o základnom materiály (číslo skupiny podľa CR ISO 15608, rozsahy hrúbky spoja, rozsahy vonkjašieho priemeru rúr) Spôsob zvárania v súlade s EN ISO 4063 Návrh spoja (náčrt tvaru/konfigurácie spoja a jeho rozmerov, postup kladenia húseníc uvedený na náčrte) Poloha zvárania v súlade s EN ISO 6947) Príprava spoja (spôsoby prípravy spoja, čistenie, odmastenie, vrátane spôsobov, ktoré treba použiť, upínanie do prípravku, upínacie prípravky a stehovanie) Technika zvárania (údaje o rozkyve ak sa vyžaduje, uhol sklonu horáka, elektródy a/alebo drôtu) Drážkovanie na podloženie zvaru (použitý spôsob, hĺbka a tvar) Podloženie zvaru (spôsob a druh podloženia, materiál a rozmery; použitie formovacieho plynu v súlade s EN 439.) Zváracie materiály (označenie, značka /výrobca a obchodný názov/, rozmery /veľkosť/, manipulácia /sušenie, vystavenie atmosfére, presušenie a pod./)

8 Technický obsah stanoveného postupu zvárania pwps/wps Elektrické parametre (druh prúdu /AC alebo DC/, polarita, údaje o pulzačnom zváraní, rozsah prúdu) Mechanizované a automatizované zváranie (rozsah rýchlosti posuvu, rozsah rýchlosti podávania drôtu/pásky) Teplota predhrevu (minimálna teplota použitá na začiatku zvárania a počas zvárania; najnižšia teplota dielca bezprostredne pred zváraním, ak sa nevyžaduje predhrev) Medzihúsenicová teplota (maximálna a podľa potreby minimálna medzihúsenicová teplota) Teplota počas zvárania (minimálna teplota v oblasti zvaru, ktorú treba udržať, ak sa preruší zváranie) Tepelné spracovanie po zvarení na uvoľnenie vodíka (rozsah teplôt; minimálny čas zotrvania na teplote) Tepelné spracovanie po zvarení (minimálny čas a rozsah teplôt tepelného spracovania po zvarení alebo starnutia) Ochranný plyn (označenie v súlade s EN 439 a podľa potreby chemické zloženie, výrobca a obchodný názov) Tepelný príkon (rozsah tepelného príkonu)

9 Osobitosti jednotlivých skupín Spôsob 111 spôsobov zvárania dĺžka húsenice z vytavenej elektródy alebo rýchlosť posuvu elektródy Spôsob 13 prietok ochranného plynu a priemer dýzy; počet drôtových elektród; ďalší prídavný materiál; vyloženie: vzdialenosť medzi špičkou dýzy/kontaktnou hubicou a povrchom zváraného dielca; rozsah napätia na oblúku; spôsob prenosu kovu.

10 Odkiaľ boli čerpané údaje pri vypracovaní pwps Skupinový systém pre ocele CR ISO Atest základného materiálu (chem. zloženie, pevnostné charakteristiky) Spôsob zvárania podľa ISO 4063 Poloha zvárania podľa ISO 6947 Výber prídavného materiálu STN Klasifikácia obalených elektród podľa EN ISO 2560 Tvar zvarových plôch podľa EN Zváracie parametre: Druh prúdu, polarita, rozsah prúdu podľa odporúčaní výrobcu obalenej elektródy Postupová rýchlosť elektródy podľa výkonu navárania a prierezu vrstvy Teplotný režim zvárania podľa EN Príklad pwps

11 Schválenie postupu zvárania podľa ISO Skúšajúca organizácia (skúšajúci) overí zhotovenie a odskúšanie vzorky zvarového spoja vyhotovenej podľa pwps.

12 Zváranie skúšobných vzoriek Skúšobná vzorka v zmysle normy EN ISO tupého spoja na rúre s plným prievarom a - min. hodnota 150 mm D - vonkajší priemer rúry (pre náš príklad Ø 168 mm) t - hrúbka materiálu (pre náš príklad 8 mm)

13 Kontrola procesných premenných počas vyhotovenia vzorky zvárací prúd, zváracie napätie, rýchlosť zvárania, teplota predhrevu, medzihúsenicová teplota, dohrev, tepelné spracovanie po zvarení (čas, teplota, rýchlosť ohrevu a ochladzovania).

14 Monitoring zváracieho prúdu, napätia a rýchlosti zvárania Kontinuálne meranie, alebo dostatočne dlhé na stabilné odčítanie hodnôt Výpočet tepelného príkonu podľa EN Vypracovanie protokolu o skúške Príklad protokolu

15 Monitoring teplotného režimu Teplota predhrevu sa meria na povrchu zváraného materiálu obrátenom k zváračovi po odstránení zdroja tepla a teplotnom vyrovnaní Medzihúsenicová teplota sa musí merať na zvarovom kove alebo na bezprostredne priľahlom základnom materiáli. Ostatné podmienky sú uvedené v norme ISO Príklad protokolu ak t 50 potom A = 4 x t, max. 50 mm ak t > 50 potom A = 75 mm

16 Deštruktívna a nedeštruktívna kontrola zvarových spojov Deštruktívne metódy Nedeštruktívne metódy Ťahová skúška zvarového spoja v priečnom smere Skúška lámavosti Skúška tvrdosti Skúška rozlomením Mikroskopický a makroskopický rozbor zvarov Skúška rázom v ohybe Vizuálna kontrola Kontrola prežiarením Ultrazvuková kontrola Kontrola kapilárnymi metódami Ďalšie metódy Nedeštruktívneho skúšania NDT

17 Deštruktívna a nedeštruktívna kontrola z pohľadu ISO pre vzorový príklad Druh skúšky Vizuálna kontrola Skúška prežiarením alebo ultrazvukom Skúška na povrchové trhliny a) Skúška ťahom v priečnom smere Skúška lámavosti v priečnom smere Skúška rázom v ohybe b) Skúška tvrdosti Makroskopické posúdenie Rozsah skúšania 100 % 100 % 100 % 2 skúšobné tyče 4 skúšobné tyče 2 zostavy požadovaná 1 skúšobná tyč a) kapilárne skúšanie alebo skúšanie magnetickými časticami b) 1 zostava vo zvarovom kove a 1 zostava v TOO materiálov hrúbky 12 mm, ktoré majú stanovenú rázovú húževnatosť

18 Nedeštruktívne skúšanie Musí sa vykonať: po tepelnom spracovaní ak je predpísané pred odberom vzoriek na deštruktívne skúšanie Protokoly zo skúšky

19 Vizuálna kontrola podľa EN 970 Skúška spočíva vo vyhľadávaní a vyhodnotení kvalitatívnych vlastností skúšaného povrchu voľným okom a vhodnými optickými pomôckami. Spravidla sa zisťujú povrchové chyby Pracovné podmienky skúšky: vzdialenosť oka od kontrolovaného povrchu je 300 mm minimálny uhol pohľadu 30 º osvetlenie 500 luxov Pomôcky: Lupy Hranoly Zrkadlá Priemyselné endoskopy Príklad protokolu

20 Kontrola prežiarením podľa EN 1435 Táto kontrola umožňuje detekovať a zobraziť vnútorné nehomogenity a chyby skúšaného materiálu na röntgenový film, kde sa chyby prejavujú ako tmavšie útvary. Odhaľujeme chyby typu bublín, vnútorné trhliny pórov, neprievarov, geometrických odchýlok, vmeskov a pod. Princíp kontroly prežiarením Schéma röntgenky

21 Pomôcky pre skúšku prežiarením röntgeny röntgenové filmy negatoskopy denzitometre dizometre Typy röntgenov a) transportný röntgen b) stabilný priemyselný röntgenový prístroj Príklad protokolu Príklady rádiogramov vybraných typov zvarových spojov

22 Skúška kapilárnou metódou podľa EN Povrch skúšaného výrobku sa pokryje penetračnou látkou, ktorá vniká do chýb vychádzajúcich na povrch, ktoré sa zviditeľnia po odstránení penetračnej kvapaliny a nanesení vývojky. Používame na kontrolu plošných chýb typu trhlín, studených spojov, pórov a pod. Pracovný postup skúšky: Príprava povrchu Penetrácia Odstránenie zvyšku detekčnej kvapaliny a osušenie povrchu Vyvolanie Vyhodnotenie výsledkov skúšky a ich interpretácia Príklad protokolu

23 Princíp kapilárnych metód 1,2 Súvisle líniové indikácie 3,4 Prerušované líniové indikácie 5. Bodové 6. Oválne 7. Rozptylové indikácie

24 Odber vzoriek pre deštruktívne skúšanie Skúšobné tyče sa musia odobrať až po vykonaní všetkých nedeštruktívnych skúšok, ak splnili príslušné kritériá skúšok použitých NDT metód. V prípade, že skúšobná vzorka nevyhovela niektorej z predpísaných NDT skúšok, musí sa zvariť a podrobiť kontrole ďalšia skúšobná vzorka. Ak táto dodatočná skúšobná vzorka nesplní požiadavky, skúška postupu zvárania nevyhovela.

25 Odber vzoriek pre deštruktívne skúšanie Legenda 1 vrchol upevnenej rúry 2 oblasť: 1 skúšobná tyč na skúšku ťahom; skúšobné tyče na skúšku lámavosti. 3 oblasť: skúška rázom v ohybe a dodatočná skúška skúšobné tyče, ak treba. 4 oblasť: 1 skúšobná tyč na skúšku ťahom; skúšobné tyče na skúšku lámavosti. 5 oblasť: 1 skúšobná tyč na makroskopické posúdenie; 1 skúšobná tyč na skúšku tvrdosti.

26 Skúška ťahom zvarového spoja v priečnom smere podľa EN 895 Skúšobná tyč odobratá v priečnom smere zo zvarového spoja sa podrobuje nepretržite zvyšujúcemu ťahovému zaťaženiu až do vzniku porušenia. Pevnosť v ťahu skúšobnej tyče nesmie byť menšia ako zodpovedajúca minimálna pevnosť pre základný materiál. Skúšobná tyč sa odoberá v priečnom smere zo zvarového spoja takým spôsobom, aby po mechanickom odobratí zostala os zvaru v strede skúšanej dĺžky skúšobnej tyče. Pre rúry s malým priemerom (D < 18 mm) sa skúška vykonáva na celej rúre. Vo všeobecnosti sa bude hrúbka skúšobnej vzorky rovnať hrúbke základného materiálu v blízkosti zvarového spoja.

27 L c L o a b b1 r L s Skúšobná tyč z rúry a jej rozmery

28 Atest základného materiálu Druh atestu: 3.1 B podľa EN Rozmer rúrky: 168 x 8,0 mm Materiál: Bezšvové rúrky: STN , STN Predpísané údaje: Medza klzu ReH [MPa] min 255 Pevnosť v ťahu Rm [MPa] Ťažnosť A5 [%] min 21,0 Namerané údaje: Medza klzu ReH [MPa] 362,4 Pevnosť v ťahu Rm [MPa] 481,1 Ťažnosť A5 [%] 29,3 Príklad protokolu

29 Skúška lámavosti podľa EN 910 Skúšobná tyč odobratá v priečnom alebo pozdĺžnom smere zo zvarového spoja sa podrobuje plastickej deformácií ohybom, bez zmeny smeru ohýbania tak, aby jeden z povrchov zvarového spoja bol namáhaný ťahom. Skúšobná vzorka a jej rozmery na skúšku lámavosti s priečnym tupým zvarom z koreňovej a lícnej strany (RBB a FBB) Názov Symboly Rozmery Rozmery vzorky z nášho príkladu [mm] L t Celková dĺžka skúšanej tyče v [mm] L t 1 + 2R 256 a Hrúbka skúšobnej tyče platí pre RBB a FBB t 12 vtedy a = t t > 12 vtedy a = 12+0,5 mm 8 b Šírka skúšobnej tyče pre D 50 mm: t + 0,1D (min. 8 mm) pre D > 50 mm: t + 0,05 D (min.8 a max.40 mm) 26

30 Spôsoby skúšania Skúšanie pomocou valčeka Skúšanie pomocou tŕňa Príklad protokolu

31 Skúška rozlomením podľa EN 1320 Skúška spočíva v rozlomení spoja naprieč zvarového kovu tak, aby bolo možné pozorovať povrch lomu. Skúšobná dĺžka (Lf) ako aj plocha (Af) a počet skúšobných tyčí musia byť určené normou na výrobok.

32 Skúšobné vzorky

33 Druhy a umiestnenie vrubov

34 Vyhotovenie skúšky

35 Skúška tvrdosti oblúkom zvarených spojov podľa EN Skúška sa vzťahuje na skúšky tvrdosti podľa Vickersa so zaťažením 49 N alebo 98 N, skúška sa vykonáva vo forme radu vpichov R, alebo ako jednotlivé vpichy E. Skúšanie sa vykonáva aby sa zabezpečilo určenie najvyššej a najnižšej hladiny tvrdosti základného materiálu a zvarového kovu.

36 Línie vpichov R Umiestnenie vpichov v tupých zvaroch v železných kovoch Hodnoty tvrdosti sa zaznamenajú vo vzťahu k polohe vpichu.

37 Jednotlivé vpichy E 1 4 Neovplyvnený základný materiál 5 10 TOO Zvarový kov Príklad protokolu

38 Makroskopický a mikroskopický rozbor zvarov podľa normy EN 1321 Makroskopický rozbor je skúmanie skúšobnej vzorky voľným okom alebo pri malom zväčšení bez leptania alebo s leptaním. Mikroskopický rozbor je skúmanie pomocou mikroskopu s normálnym zväčšením od 50x do 500x s leptaním, alebo bez leptania. Makroskopické a mikroskopické rozbory sa používajú na stanovenie makroskopických a mikroskopických charakteristík zvarového spoja.

39 Charakteristiky zvarového spoja pre účely makro a mikroskopického rozboru Horúce, studené trhliny a lamelárne trhliny Dutiny a vtrúseniny Neprievar a geometrický tvar Tepelne ovplyvnená oblasť Húsenice a vrstvy Hranica zrna Štruktúra zrna a kryštalizačná štruktúra Príprava spoja Smer valcovania/pretláčania Smer vláknovej štruktúry Segregácia a precipitácia Oprava a nesúlad Mechanické/tepelné vplyvy

40 Skratky platné v uvedenej norme V tejto norme platia nasledujúce skratky: A - makroskopický rozbor I - mikroskopický rozbor E - leptané U neleptané

41 Odber skúšobných vzoriek Odbor sa zvyčajne týka skúšobných vzoriek kolmo na os zvaru (priečne rezy), vrátane zvarového kovu a teplom ovplyvnených oblastí na oboch stranách. Skúška sa môže uskutočniť aj pri iných orientáciách.

42 Skúšobný postup V skúšobnom postupe sa majú sa uviesť nasledujúce informácie: základné a zváracie materiály, zloženie leptadla, príprava metalografického výbrusu, metóda leptania, doba leptania, dodatočné opatrenie, akékoľvek dodatočné požiadavky, predmet skúšky.

43 Opis Záznam o rozbore musí obsahovať nasledujúce údaje: odkaz na normu EN 1321 / ISO 17639, typ rozboru (makroskopicky alebo mikroskopicky), s leptaním alebo bez leptania, predmet skúšky (zvarový spoj a/alebo základný materiál), zvarové spoje (základný materiál vľavo, základný materiál vpravo, teplom ovplyvnená oblasť a zvarový kov), leptadlo. Príklad protokolu

44 Schvaľovací protokol postupu zvárania (WPQR) Ak sú všetky vykonané NDT aj nedeštruktívne skúšky vyhodnotené ako vyhovujúce, postup zvárania je schválený a výrobca získava určitý rozsah schválenia podľa STN EN z hľadiska: akosti zváraných materiálov priemerov a hrúbok druhov spojov polôh zvárania iných podmienok zvárania.

45 Rozsah schválenia z hľadiska hrúbky tupých a kútových zvarov Hrúbka skúšobnej vzorky t Jednoprechodový zvar Rozsah schválenia Viacprechodový zvar t 3 0,7t až 1,3t 0,7t až 2t 3 < t 12 0,5t (3 min.) až 1,3t a) 3 až 2t a) 12 < t 100 0,5t až 1,1t 0,5t až 2t t > 100 Nevzťahuje sa 50 až 2t a) Pre materiály, pre ktoré sa vyžadujú skúšky rázom v ohybe, je horná hranica schválenia bez skúšok rázom v ohybe 12 mm. Príklad protokolu WPQR

46 Stanovený postup zvárania (WPS) Po úspešnom schválení zváracieho postupu možno vypracovať na základe schvaľovacieho protokolu stanovený postup zvárania (WPS v zmysle EN ISO ). Stanovený postup zvárania je vypracovaný podľa schvaľovacieho protokolu pre zvar, ktorý bol predmetom schvaľovania (podľa pwps), ale taktiež pre všetky ostatné zvary v rozsahu schválenom skúškou postupu zvárania. Niektorí výrobcovia uprednostňujú k vypracovanej WPS aj dodatočné vypracovanie pracovných inštrukcií na všetky špecifické práce ako súčasť podrobného výrobného plánovania. Príklad protokolu WPS