Gyakorlati tapasztalatok hegesztett kötések eljárásvizsgálatában

Átírás

1 Fodor Olivér- Lehoczky Judit Gyakorlati tapasztalatok hegesztett kötések eljárásvizsgálatában A hegesztési varratok megfelelősége, különböző szabvány előírások szerinti eljárásvizsgálatok, vagy technológiavizsgálatok alapján értékelhetők. Laboratórimunk gyakorlatában a z EN szabványok közül a es sorozatot és nyomástartó edények esetén a TÜVIS HP előírás sorozatát alkalmazzuk. A hegesztéstechnológiai vizsgálatok lefolytatásának első lépése a gyártó által kidolgozott hegesztési utasítás, melyet az u.n WPS (Welding Procedure Specification) lapon részleteznek. A WPS lapon fel kell tüntetni az alábbiakat: - a hegesztési utasítás számát - az összehegesztendő anyagok méreteit és anyagminőségüket - a hegesztő minősítését - az élelőkészítés módját - hegesztési helyzetet - rajzot kell készíteni a kötés kialakításáról és a varratfelépítésről - az alkalmazott hegesztési eljárásokat, hegesztő anyagokat, védőgázokat - az előmelegítés és a hegesztés utáni hőkezelés jellemzőit - hegesztéstechnológiai adatokat. - az eljárásvizsgálati szabványt A WPS valamilyen tanúsító szervezettel való elfogadtatatása után, ezen szervezet képviselőjének jelenlétében végre lehet hajtani a hegesztést, amelynek során a tanúsító ellenőrzi a WPS szerinti hegesztési technológia betartását. A hegesztendő próbadarabok nagyságát, azok mennyiségét (pl. kis átmérőjű csövek esetén), szintén az előbb említett szabványok írják elő. Az elkészült darabokon egyértelműen jelölni kell a technológia számát és annak kivitelezőjét. Az így elkészített hegesztéstechnológiai próbadarab kerül a laboratóriumba, az eljárásvizsgálatok lefolytatására. A próbatesten roncsolásos és roncsolásmentes vizsgálatokat kell végezni az említett szabványok részletes előírásai szerint. Az előírt roncsolásmentes vizsgálatok általában a következők: -vizuális vizsgálat - folyadékbehatolásos vagy mágneszhető poros felületi repedésvizsgálat -radiográfiai vagy ultrahang vizsgálat A roncsolásos vizsgálatok pedig a következők lehetnek: -szakítóvizsgálatok (varratszakító, ömledék szakító, csőkiszakító)

2 -hajlítóvizsgálat -ütővizsgálat -keménységvizsgálat -makroszkópos-, egyes anyagminőségeknél mikroszkópos vizsgálat -néhány esetben előfordul még a varrat kémiai analízise, a δ-ferrittartalom mérése, kigomboló, nyíró-szakító vizsgálatok A gyakorlati tapasztalataink szerint a technológia vizsgálati próbatestek vizuális vizsgálatát a tanúsító általában elvégzi, ezért a laboratóriumunkba bekerült mintákon szemrevételezéssel kimutatható hiba csak elvétve akad. A penetrációs vagy mágneses felületi vizsgálat során felületi repedéseket keres a vizsgáló, de ezt is ritkán fedezünk fel az általunk végzett vizsgálatok során. Ennek oka abban keresendő, hogy mire egy hegesztési technológia vizsgálatra kerül, a gyártó és főként a hegesztési felelős, már több szintű ellenőrzést, a technológia hosszú idejű gyakoroltatását végezteti a hegesztővel vagy hegesztőkkel, így mire a tanúsító által ellenőrzött hegesztést végrehajtják, a felületi hiba előfordulásának valószínűsége nagyon kicsi. A varrat belső hiba mentességét az esetek nagy részében radiográfiai vizsgálattal ellenőrizzük, az ultrahang vizsgálat a technológia vizsgálatok során, viszonylag ritkán fordul elő. A radiográfiai vizsgálatokon során a megengedhető eltérésekre vonatkozó szabványok (pl. MSZ EN ISO 5817, MSZ EN ISO 10042) szerinti B, fokozott minőségi követelményeknek kell megfelelni a kötéseknek. A vizsgálat során leggyakrabban gázporozítást, kötéshibákat, néha alakhibákat találunk. A visszautasítás leggyakoribb oka pedig, a kötéshiba és a megengedettnél nagyobb mennyiségű gázzárvány halmaz. A roncsolásmentes vizsgálatok után kerül sor a roncsolásos vizsgálatokhoz szükséges próbatestek kimunkálására. A próbatestek kimunkálási helyeit és azok kialakítását szintén az eljárásvizsgálati szabványok részletezik, esetleg behivatkozzák a különböző, hegesztési próbatestekre vonatkozó vizsgálati szabványokat. Főként csövek hegesztési próbatestjeinek kimunkálásánál figyelembe kell venni a különböző hegesztési helyzeteket is, mert ezeknél nem azonos mennyiségű és típusú próbatestek szükségesek. A varratszakító vizsgálatnál azt ellenőrizzük, hogy a szakítószilárdság eléri-e az alapanyagra előírt minimális szakítószilárdságot. Gyakorlati tapasztalataink szerint, az alacsony szakítószilárdság elvétve fordul elő, a próbatestek túlnyomó többsége az alapanyagban szakad el. A hajlító vizsgálatok nem megfelelő eredményei alapján történik a legtöbb nem megfelelőség. A legtöbb hegesztési eljárás a hajlító vizsgálat során bukik meg, sőt általában a legtöbb nem elfogadható eljárás az összes többi vizsgálat során megfelelőnek bizonyul, csak a hajlító vizsgálatkor történik repedés, esetleg törés. Ezért nagyon fontos a hajlító vizsgálat körültekintő végrehajtása, a vizsgálati paraméterek pontos, szabvány szerinti betartása.

3 Az ütővizsgálatok eredményei nagy szórást mutatnak a varratoknál, de főként a hőhatásövezetben. Ez a tény azzal magyarázható, hogy varratok sokkal inhomogénabb szerkezetűek az alapanyagnál illetve a hőhatásövezetben mért ütőmunka értéket erőteljesen befolyásolja a próbatestek kivételi helye. Aránylag kevés eljárás vállik nem megfelelővé az alacsony ütőmunka értékek miatt, ezek közel azonos arányban történnek meg a varratütő és a hőhatásütő eredmények alacsony értékei miatt. A keménységvizsgálatok során a varrat és környezetének legnagyobb keménységértékeit kell kimutatni, amely legtöbb esetben a hőhatásövezetben jelentkezik. Nagyon ritkán fordul elő, hogy a mai szabványok által pl. szénacélok hőkezelés nélküli hegesztési varratára előírt 380HV10 keménységnél nagyobb értéket mérjünk a varratban vagy a hőhatásövezetben. A makroszkópos és mikroszkópos vizsgálatra tompavarratok esetén egy- sarokvarratok esetén két próbatest szükséges. A varratok makroszkópos értékelését az MSZ EN ISO 5817 illetve az MSZ EN ISO szabványokban részletezett B, fokozott minőségi követelmények alapján kell elvégezni. E szabványokban szerepelnek a különböző hibakódok esetére az eltérések határértékei is, tehát az elfogadás kritériumai. Mivel a makroszkópos és mikroszkópos vizsgálatok során számos érdekes kötéssel, hibás szövetszerkezettel találkozunk, a következőkben bemutatunk ezek közül néhányat. Eelőször két jól kivitelezett többsoros, szénacél tompavarrat következik.

4 Az utobbi varratnál vigyázat: a koronasor melletti sötéten maródó hőhatásban, biztosan magas a keménység! Következnek a hibás varratok-! Az ömledékben anyagfolytonossági hiány!

5 A rossz kialakítású varrat itt éppen csak átolvadt! Az előző varrat egy másik metszetben: az elégtelen átolvadás következtében a gyökből repedések indultak ki

6 Kétoldali szélkiolvadás Gyökoldali beszívódás

7 Koronaoldali beszívódás Vékony lemez esetén túlzott nagy varrat a korona- és a gyökoldalon egyaránt

8 Éleltolódás Az elégtelen átolvadás következtében, repedés alakult ki a varratban

9 Ázsiai gyártmányú hosszvarratos horganyzott acélcső, az egyedi gyökkialakítás következtében a varratok környezetében rövid idő alatt korróziós károsodás kezdődik Nézzünk néhány kötéshibát!

10 Az 50 mm vastag lemez varratába 3 db kötéshiba is belefért! Az eltérő vastagságú lemezek hegesztése sokszor okoz gondot

11 A nikket bázisú szuperötvözet lézerhegesztett varrata nagyon szép kialakítású Jobban megnézve a hőhatásövezetet mégsem olyan kitűnő ez a varrat!

12 Következzenek a sarokvarratok, melyeknél sokkal többször fordul elő hiba, mint a tompavarratoknál. A nem megfelelő sarokvarrat az esetek 90%-ában beolvadási, vagy átolvadási hibás. Ennél a szénacél varratnál a gyököt nem sikerült egészen jól beolvasztani Ugyanez korrózióálló acélnál is előfordulhat

13 Vékony lemez és egysoros varrat, a gyök beolvadása itt is elégtelen Ennél a varratnál szinte sehol sincs beolvadás

14 Az elégtelen átolvasztás következtében kötéshiba is kialakult! Elégtelen beolvasztás és gázpórus

15 Még mindig gyökoldali beolvadási hiba A varrat felső oldalán az átolvadás is elégtelen

16 Két oldalról hegesztett sarokvarratok következnek Szép szimmetrikus varrat, kár, hogy hibás Gyökoldali beolvadási hiba mindkét oldalon!

17 Csővégbehegesztéseknél a minimális varratvastagság a cső falvastagságának 90%-a kell legyen Ez a feltétel itt éppen teljesül, a gázpórusok még megengedhetők, a gyöknél viszont mikrorepedés kezdődik Itt egy hibátlan, jól kivitelezett varrat

18 A gyöknél összeolvadási hiba Beolvadási hiba

19 Egy újabb beolvadási hiba Folytassuk néhány különleges esettel: Érdekes varratkialakítás, több hibával

20 Sárgaréz hegesztési varrat, elégtelen beolvadással Szintén sárgaréz varrat, egy kis gázpórussal

21 A csaphegesztés gyakran nem sikerül elsőre, mert az előírások szerint a varratkitöltés minimum 80 % kell legyen Ez még elfogadható Ez viszont már nem

22 Egy másik típus, kétoldali összeolvadási hibával Ponthegesztett kötéseken különleges mechanikai vizsgálatokat kell végezni, mint kigomboló és nyíró szakító vizsgálatok. A makroszkópos vizsgálatot hossz- és keresztirányban is el kell végezni. Kötéshiba természetesen nem megengedett a varratban Ez egy jó kötés

23 Egy nagyon hibás És egy majdnem jó

24 Egy szelep és szelepszárat dörzshegesztett kötéssel egyesítettek. A szelep korrózióálló acél a szelepszár pedig szénacél. Három különböző nagyításban mutatjuk be a kötést.

25 A három felvétel példa egy jó dörzshegesztésre. Szénacél csőre felrakott Inconel réteg néhány kötéshibával

26 Végül egy érdekes varrat, mellyel nem az eljárásvizsgálatok során találkoztunk. A rozsdamentes acéllemez egy hét alatt megrozsdásodott, általában a varratok mentén. A kivágott metszetet először a korrózióálló acélnak megfelelő marószerben marattuk, de egyes varratelemek furcsán néztek ki Ezért megismételtük a maratást a szénacélok jellegzetes marószerével, nitallal és rögtön kiderült a korrózió oka: a lemezeket először valamilyen szénacél hozaganyaggal hegesztették meg, majd felismerve a hibát az eredeti varratot úgy-ahogy kiköszörülték, majd a megfelelő hozaganyaggal újrahegesztették. A piros nyilak a szénacél varratrészeket mutatják

27 Az eljárásvizsgálati szabványok csak az ausztenites és duplex szerkezetű korrózióálló acéloknál, nikkel- és kobald-bázisú szuperötvözeteknél illetve az aluminium ötvözeteknél írják elő a mikroszkópos vizsgálatokat. Korrózióálló acéloknál az alábbi mikroszerkezeti eltérésekkel találtunk a közelmúltban: Kötéshiba és gázpórus Mikrorepedés a varratban

28 Szigma-fázis kiválás a hőhatásövezetben. Budapest, május ÁEF Anyagvizsgáló Laboratórium Kft 1112 Budapest, Budaörsi út 45. (1)