201311_PSpaw_4ju5.pdf 25Przegląd sPawalnictwa 11/2013 Eugeniusz Turyk Przydatność farb do malowania elementów stalowych spawanych bez usuwania powłoki suitability of primers for steel components welded  without removing the primer r a inż geni z t ryk – Instytut Spawalnictwa, Gliwice. a tract The article presents the results of weldability tests acc. to Pn-En ISO 17652-2:2009 and Pn-En ISO 15614-1: 2008/A2:2012 of the following primers: MP 61-9006/0, MP75-3009, SP01-81401, WG 26-8140/2 made by Lank- witzer Lackfabrik and Rawomal P made by Radomska Fabryka Farb i Lakierów RAFIL. These primers are used for temporary protection of steel structures on different production stage before welding. Primers are not removed prior to welding. Stre zczenie W artykule przedstawiono wyniki badań wg Pn-En ISO 17652-2:2009 oraz Pn-En ISO 15614-1:2008/A2:2012 farb gruntowych: MP 61-9006/0, MP75-3009, SP01- 81401, WG 26-8140/2 prod. Lankwitzer Lackfabrik GmbH oraz farby Rawomal P prod. Radomskiej Fabryki Farb i Lakierów RAFIL S.A., przeznaczonych do czasowego zabezpieczania konstrukcji stalowych podlegających na- stępnie spawaniu bez usuwania powłoki. t p W celu zabezpieczenia przed korozją atmosferyczną elementów konstrukcji spawanych ze stali niestopo- wych i niskostopowych, przeznaczonych do zamon- towania w wyrobie, stosowane jest m. in. nanoszenie powłok malarskich. Okres upływający od wykonania podzespołu do czasu jego zespawania konstrukcją wynosi kilka tygodni lub nawet kilka miesięcy. Więk- szość farb wpływa niekorzystnie na proces spawania, powodując nieakceptowalną porowatość spoin, a w jej następstwie obniżenie właściwości mechanicznych złą- czy spawanych. Z tego powodu zalecane jest usuwa- nie farby z powierzchni brzegów rowka spawalniczego i powierzchni bezpośrednio do niego przylegających. Zabieg ten jest pracochłonny i zwiększa koszty produk- cji, w związku z czym produkuje się specjalne farby do ochrony czasowej elementów metalowych przed koro- zją, z możliwością ich następnego spawania, ogranicza- jąc ich ujemny wpływ na proces spawania do poziomu akceptowalnego. Do powłok „spawalnych”, niewymaga- jących usuwania przed spawaniem niektórymi metoda- mi i dla niektórych typów złączy, należą powłoki tzw. 3 generacji (wg MIS Doc. XII-1334-93): poliwinylobutyra- lowe (PVB) z tlenkami żelaza, epoksydowe z tlenkami żelaza, cynkowo-krzemianowe z dużą ilością cynku oraz cynkowo-krzemianowe z małą ilością cynku [1]. Typowa grubość tych powłok, wynosząca od 15 do 35 µm, stanowi kompromis między 12-miesięczną trwało- ścią a ilością gazów tworzonych przy spawaniu. Pozo- stawienie powłoki ochrony czasowej na ściance rowka spawalniczego dopuszcza Pn-En 1090-2 tylko wtedy, gdy nie mają szkodliwego wpływu na proces spawania. Powłoki ochrony czasowej nie powinny pozostawać na ściankach rowków w elementach klasy EXC3 i EXC4, chyba że ich obecność została potwierdzona badania- mi technologii spawania zgodnie z EN ISO 15614-1 lub EN ISO 15613 [2]. Literatura oraz wyniki dotychczasowych badań pro- wadzonych w Instytucie Spawalnictwa wskazują, że do zasadniczych czynników wpływających na właściwości złączy spawanych z powłokami należy: rodzaj farby grun- towej, grubość warstwy gruntowej, sposób naniesienia far- by, metoda spawania i spawalnicze materiały dodatkowe, rodzaj złącza spawanego i spoiny, kształt rowka spoiny, pozycja spawania oraz warunki technologiczne spawania decydujące o czasie odgazowania spoiny [3]. 26 Przegląd sPawalnictwa 11/2013 Ocena wpływu farby gruntowej na proces spawania i właściwości złączy w celu potwierdzenia możliwości jej stosowania jako spawalnego gruntu ochrony czasowej może być prowadzona: – jako tzw. badanie spawalności wg Pn-En ISO 17652- 2:2009, pkt 5, metodą oceny spawalności kombina- cji materiałów dodatkowych do spawania i powłok ochronnych z zastosowaniem różnych metod spawa- nia łukowego [4]. Przedmiotem badania jest nasilenie porowatości spoiny pachwinowej o znormalizowanych wymiarach w złączu teowym dwustronnym płyt pokry- tych na całej powierzchni farbą, przy „szczelinie ze- rowej” (odstęp w rowku mniejszy niż 0,05 mm), tj. dla najbardziej niekorzystnego przypadku powstawania porowatości. Badanie ma umożliwić „wykonanie porów- nania między różnymi powłokami ochronnymi z zasto- sowaniem technologii spawania właściwej dla zadania lub między różnymi technologiami spawania z zastoso- waniem określonej powłoki ochronnej”. Przedstawiona w Pn-En ISO 17652-2:2009, pkt 5 metoda jest zbież- na z metodą oceny porowatości spoin pachwinowych wg wytycznych DVS 0501:1976 [5]. Badania farb wg powyższych wytycznych stanowiły podstawę do wy- stawienia przez SLV i towarzystwa klasyfikacyjne cer- tyfikatów potwierdzających ich przydatność jako spa- walnego gruntu ochrony czasowej w odniesieniu do spoin pachwinowych; – jako tzw. badanie klasyfikacyjne właściwości powłok ochronnych dotyczących spawania wg Pn-En ISO 17652-2:2009, pkt 4. Jest to metoda względnej oce- ny wpływu powłoki ochronnej o określonej grubości na spawanie przez wykonanie znormalizowanej spo- iny pachwinowej w obszarze z powłoką ochronną, a następnie ocenę nasilenia powstałej porowatości. Przedmiotem badania jest nasilenie porowatości spo- iny pachwinowej w złączu teowym jednostronnym płyt, z których jedna jest pokryta farbą. W związku z tym warunki badania klasyfikacyjnego można określić jako łagodne w stosunku do przedstawionego powyżej ba- dania spawalności. – wg zakresu przewidzianego dla kwalifikowania tech- nologii spawania zgodnie z Pn-En ISO 15614-1:2008/ A2:2012 [6]. Poniżej przedstawiono wyniki przeprowadzonej przez Instytut Spawalnictwa oceny wpływu na proces spawa- nia i właściwości złączy wybranych farb gruntowych do ochrony czasowej, dla wariantów technologii spawania wytypowanych przez producentów tych farb. adanie pawalno ci kom inac i ar y P 61-9006/0 i proce pawania a wg PN- N IS 17652-2 2009 Farba MP 61-9006/0, prod. Lankwitzer Lackfabrik GmbH, jest farbą poliwinylobutyralową gruntującą spawalną [7]. Jest przeznaczona do nanoszenia na elementy stalowe, zalecana grubość powłoki wynosi 15÷25 µm. Farba ta jest dopuszczena do spawania złączy teowych bez usuwania powłoki wg DVS 0501. Celem badań była ocena spawalności kombinacji tej farby i procesu spawania wg Pn-En ISO 17652- 2:2009, pkt. 5 dla określonych warunków: spawanie metodą MAG drutem litym ISO 14341-A-G3Si1 w osło- nie gazowej ISO 14175 - M21-ArC-18 złączy blach ze stali gat. S355J2+n z powłoką ochronną. Po przygotowaniu powierzchni płyt próbnych (czysz- czenie metodą strumieniowo-ścierną, stopień przygo- towania Sa2½ wg Pn-En ISO 12944-4:2001 [8]) zo- stały one pokryte (natrysk pneumatyczny) przez firmę Lankwitzer Polska Sp. z o.o. powłoką ochronną o gru- bości 12 µm i 16 µm przy użyciu farby MP 61-9006/0. Grubość naniesionej powłoki została sprawdzona i po- twierdzona przez wykonawcę prac malarskich. Okres suszenia płyt próbnych wynosił ponad 10 dni w tem- peraturze otoczenia 20°C, przy wilgotności powietrza 55%, spełniając wymaganie Pn-En ISO 17652-2:2009, pkt 5.2. Płyty próbne sczepiano i spawano w pozycji nabocznej, a wykonane złącza poddano następnie próbie łamania. Pn-En ISO 17652-2:2009 nie określa granic akceptowalności, gdyż zależą one od praktycz- nego zastosowania. W związku z tym ocenę stopnia porowatości złącza przeprowadzono, określając sto- sunek pola przekroju poprzecznego F pęcherzy gazo- wych do całkowitego pola przełomu P i przyjmując jako podstawę oceny kryterium wg Pn-En ISO 5817:2009, tablica 1, nr 2.3, komentarz a2) [9]: – F/P ≤ 1% – poziom jakości B (odpowiada wymaga- niom ostrym), – 1% < F/P ≤ 1,5% – poziom jakości C (odpowiada wymaganiom średnim), – 1,5% < F/P ≤ 2,5% – poziom jakości D (odpowiada wymaganiom łagodnym D). Analogicznie do wymagań dotyczących poziomu akceptacji przy kwalifikowaniu technologii spawania przyjęto jako akceptowalną porowatość spoiny pachwi- nowej odpowiadającą poziomowi jakości B. Wyniki pomiarów pola przekroju pęcherzy gazowych złączy płyt próbnych oraz ocenę przedstawiono w ta- blicach I i II. W ocenie porowatości, analogicznie do badania klasyfikacyjnego właściwości powłok ochron- nych dotyczących spawania, wzięto pod uwagę pęche- rze gazowe o średnicy ≥ 0,5 mm (zgodnie z Pn-En ISO 17652-2:2009, pkt 4.4 oraz Załącznikiem A, pkt „Pomiar porów”). Pomiary wykazały wzrost całkowitej powierzch- ni pęcherzy gazowych ze wzrostem grubości powłoki z 12 µm do 16 µm. W obydwu przypadkach spełniony jest warunek F/P ≤1%; tym samym stwierdzono wyma- gany poziom jakości B badanych spoin pachwinowych pod względem ich porowatości. Także badania wizu- alne złączy próbnych oraz porównawcze badania ele- mentu kontrolnego spawanego bez powłoki ochronnej wykazały poziom jakości B. 27Przegląd sPawalnictwa 11/2013 Odcinek spoiny Liczba pęcherzy gazowych większych niż 0,5 mm Ustalona całkowita powierzchnia pęcherzy F, mm2 Średnia powierzchnia pojedyncze- go pęcherza Fln, mm2 powłoka 12 µm powłoka 16 µm powłoka 12 µm powłoka 16 µm powłoka 12 µm powłoka 16 µm 1 8 7 0,609 1,152 0,076 0,165 2 10 21 1,152 2,370 0,115 0,113 3 14 13 2,355 7,095 0,168 0,546 adania pawanyc metodą a w o łonie C 2 doczołowyc złączy lac ze tali S355 2 N pokrytyc ar ą P75-3009 i SP01-81401 Według danych katalogowych farby gruntowe MP75 na bazie poliwinilobutyralu i SP01 na bazie żywicy epok- sydowej z pigmentem przeciwkorozyjnym (fosforanem cynkowym), są stosowane do przechowywania elemen- tów metalowych z możliwością ich następnego cięcia i spawania oraz do czasowego zabezpieczania kon- strukcji metalowych i mechanizmów przed transpor- tem [10]. Charakteryzują się bardzo krótkim czasem schnięcia, a zawarte w ich składzie pigmenty przeciw- korozyjne pozwalają przy minimalnej grubości powłoki (10÷15 µm) zabezpieczać konstrukcje metalowe w cią- gu 12 miesięcy. Farba SP01-8140/0 ma dopuszczenie do spawania złączy teowych bez usuwania powłoki wg DVS 0501. Celem badań była ocena przydatności tych farb, na podstawie wymagań Pn-En ISO 15614-1:2008/ A2:2012, do wykonywania złączy doczołowych płyt ze ta lica I Pole powierzchni pęcherzy gazowych w spoinie pachwinowej złącza płyt z powłoką MP 61-9006/0 o grubości 12 µm i 16 µm ta le I Area of gas pores in fillet weld of T-joint with 12 µm and 16 µm thick primer MP 61-9006/0 ta lica II Ocena poziomu jakości spoiny pachwinowej na podstawie porowatości złącza płyt z powłoką MP 61-9006/0 o grubości 12 µm i 16 µm ta le II Assessment of quality level based on porosity of fillet weld in T-joint with 12 µm and 16 µm thick primer MP 61-9006/0 Odcinek spoiny Powierzchnia przełomu P, mm2 F/P, % Poziom jakości powłoka 12 µm powłoka 16 µm powłoka 12 µm powłoka 16 µm powłoka 12 µm powłoka 16 µm 1 800 820 0,08 0,140 B B 2 800 820 0,144 0,289 B B 3 800 820 0,294 0,865 B B stali S355J2+n pokrytych powłoką o grubości 20 µm dla określonych warunków: spawanie metodą MAG drutem litym ISO 14341-A-G3Si1 w osłonie dwutlenku węgla (ISO 14175 – C1). Grubość naniesionej powłoki (natrysk pneuma- tyczny) została sprawdzona i potwierdzona przez wy- konawcę prac malarskich, firmę Lankwitzer Polska. Kształt i wymiary rowka spawalniczego oraz parametry spawania podano w tablicy III. Spawanie prowadzono w pozycji podolnej bez pod- grzewania wstępnego, a temperatura międzyściegowa wynosiła 250°C. natężenie przepływu gazu osłono- wego przy wykonywaniu pierwszego ściegu wynosiło 12 l/min, a kolejnych ściegów – 15 l/min. Badania złączy próbnych prowadzono w zakresie wymaganym dla kwalifikowania technologii spawa- nia zgodnie z Pn-En ISO 15614-1:2008/A2:2012, tabl. 1. Badania wizualne, penetracyjne i radiograficz- ne złączy płyt próbnych pokrytych obydwoma bada- nymi farbami wykazały poziom jakości B. Również badania na rozciąganie poprzeczne, zginanie po- przeczne, udarności, twardości i makroskopowe tych złączy zakończyły się wynikiem akceptowalnym (po- ziom jakości B). ta lica III Warunki spawania metodą MAG (135) w osłonie CO2 płyt próbnych z powłokami naniesionymi farbami MP75-3009 i SP01-81401 ta le III MAG (135) welding conditions using CO2 as a shielding gas of test joints with primers MP75-3009 and SP01-81401 Konstrukcja złącza Kolejność spawania Ścieg Wymiar spoiwa, mm natężenie prądu A napięcie łuku V Rodzaj prądu/ biegunowość Prędkość przesuwu cm/min Ilość wprowadzonego ciepła, kJ/mm 1 ø1,2 110÷115 19,5÷20,0 DC/+ 15÷17 0,69 2 ø1,2 240÷250 25,5÷26,5 DC/+ 25÷28 1,27 3 ø1,2 230÷240 25,5÷26,5 DC/+ 18÷20 1,56 28 Przegląd sPawalnictwa 11/2013 adania pawanyc metodą tI doczołowyc złączy lac ze tali 13Cr o4-5 pokrytyc ar ą 26-8140/2 Zgodnie z Kartą danych technicznych [11] ochron- na farba wodorozcieńczalna WG 26-8140/2 prod. Lan- kwitzer Lackfabrik GmbH ma dopuszczenie do spawa- nia bez usuwania powłoki, potwierdzone badaniami wg Wytycznych DVS 0501. Celem badań była ocena przydatności tej farby, na podstawie wymagań Pn-En ISO 15614-1:2008/ A2:2012, do wykonywania złączy doczołowych płyt ze stali 13CrMo4-5 pokrytych powłoką o grubości 30 µm dla określonych warunków: spawanie metodą TIG prę- tami OK Tigrod 13.12 (pręty klasy W CrMo1Si wg Pn- En ISO 21952:2009 [12]). Grubość naniesionej powłoki (natrysk pneuma- tyczny) została sprawdzona i potwierdzona przez wy- konawcę prac malarskich, firmę Lankwitzer Polska Sp. z o.o. Szczegóły przygotowania do spawania oraz parametry spawania podano w tabl. IV. Spawanie pro- wadzono w pozycji podolnej bez podgrzewania wstęp- nego, a temperatura międzyściegowa wynosiła 150°C. Badania złączy próbnych, przeprowadzone w za- kresie wymaganym dla kwalifikowania technologii spa- wania zgodnie z Pn-En ISO 15614-1:2008/A2:2012, zakończyły się wynikiem akceptowalnym. adania pawanyc metodą tI doczołowyc złączy lac ze tali 13Cr o4-5 pokrytyc ar ą Rawomal P Farba Rawomal P prod. Radomskiej Fabryki Farb i Lakierów RAFIL S.A. jest wodorozcieńczalną farbą do gruntowania przeznaczoną do pierwszego malo- wania powierzchni stalowych i żeliwnych [13]. Zawiera ona aktywny pigment antykorozyjny i tworzy powłoki wysychające w temperaturze otoczenia, odporne na działanie mgły solnej, wody i atmosferycznych czynni- ków korozyjnych. Celem badań była ocena przydatności tej farby, na podstawie wymagań Pn-En ISO 15614-1:2008/ A2:2012, do wykonywania złączy doczołowych płyt ze stali 13CrMo4-5 pokrytych powłoką o grubości 30 µm dla określonych warunków: spawanie metodą TIG prę- tami OK Tigrod 13.12. Grubość naniesionej powłoki została sprawdzona i potwierdzona przez producenta farby. Stosowano warunki wykonania złączy próbnych wg tablicy IV. Przeprowadzone w zakresie wymaganym dla kwalifi- kowania technologii spawania zgodnie z Pn-En ISO 15614-1:2008/A2:2012 badania złączy próbnych za- kończyły się wynikiem akceptowalnym. Ry 1 Świadectwo badania farby WG 26-8140/2 ig 1 Test Certificate of primer WG 26-8140/2 Konstrukcja złącza Kolejność spawania Ścieg Wymiar spoiwa, mm natężenie prądu, A napięcie łuku, V Rodzaj prądu/ biegunowość Prędkość przesuwu, cm/min Ilość wprowadzonego ciepła, kJ/mm 1 ø 2,4 95 11,5 DC/– 6,3 0,62 2÷3 ø 2,4 110 12,0 DC/– 6,3 0,75 4÷11 ø 2,4 125 13,0 DC/– 6,3 0,93 ta lica IV Warunki spawania metodą TIG (141) płyt pokrytych farbą WG 26-8140/2 ta le IV TIG (141) welding conditions of plater with primer WG 26-8140/2 29Przegląd sPawalnictwa 11/2013 nio ki Wykonane badania potwierdziły przydatność nastę- pujących farb gruntowych do malowania elementów stalowych podlegających następnie spawaniu bez usu- wania powłoki: – farby MP 61-9006/0 prod. Lankwitzer Lackfabrik GmbH o grubości powłoki 16 µm do wykonywania spoin pachwinowych metodą MAG drutem elektro- dowym G3Si1 w osłonie mieszanki M21, na podsta- wie jakości spoin pachwinowych (poziom jakości B) złączy próbnych płyt ze stali S355J2+n pokrytych powłoką ochronną, potwierdzonej badaniami spa- walności wg Pn-En ISO 17652-2:2009, pkt 5; – farby MP75-3009 prod. Lankwitzer Lackfabrik GmbH o grubości powłoki 20 µm oraz farby SP01- 81401 prod. Lankwitzer Lackfabrik GmbH o grubo- ści powłoki 15 µm, do wykonywania metodą MAG drutem elektrodowym G3Si1 w osłonie CO2 złączy doczołowych, na podstawie wyników kwalifikowania technologii spawania doczołowych złączy próbnych płyt ze stali S355J2+n pokrytych powłoką ochronną, wg Pn-En ISO 15614-1:2008/A2:2012; – farby WG 26-8140/2 prod. Lankwitzer Lackfabrik GmbH o grubości powłoki 30 µm, do wykonywania metodą TIG prętami klasy W CrMo1Si złączy doczo- łowych ze stali 13CrMo4-5, na podstawie wyników kwalifikowania technologii spawania doczołowych złączy próbnych płyt z tej stali o grubości 12 mm pokrytych powłoką ochronną, wg normy Pn-En ISO 15614-1:2008/A2:2012; – farby Rawomal P prod. Radomskiej Fabryki Farb i Lakierów RAFIL S.A. o grubości powłoki 30 µmm, do wykonywania metodą TIG prętami klasy W CrMo- 1Si złączy doczołowych ze stali 13CrMo4-5, na pod- stawie wyników kwalifikowania technologii spawania doczołowych złączy próbnych płyt z tej stali o grubo- ści 12 mm pokrytych powłoką ochronną, wg Pn-En ISO 15614-1:2008/A2:2012. Ze względu na zależność porowatości złączy stali pokrytej farbą gruntową od rodzaju złącza oraz warun- ków technologicznych spawania, zaleca się odrębne kwalifikowanie technologii spawania dla każdego przy- padku. Literat ra [1] Lucas W., Seldon J.: „An assessment of weldable primers”. TWI Bulletin, May - June 1996, http://www.twi.co.uk/news-events/ bulletin/archive/ [2] Pn-En 1090-2+A1:2012 „Wykonanie konstrukcji stalowych i aluminiowych – Część 2: Wymagania techniczne dotyczące konstrukcji stalowych”. [3] Szendzielorz n., Czenczek J.: „Określenie wpływu farb grunto- wych gat.: 23/43/05/III, 25/18/96, 31/43/11, 41E/43/11 i 81/43/11 na właściwości mechaniczne złączy spawanych łukowo ręcznie elektrodami otulonymi gat. EB1.46, EB1.50, ER2.46, ES10HA i w osłonie CO2 drutem gat. SP1GS”. Sprawozdanie z pracy badawczej nr Id-52, Instytut Spawalnictwa, Gliwice, 1970. [4] Pn-En ISO 17652-2:2009 „Spawanie - Badanie powłok ochron- nych w odniesieniu do spawania i procesów pokrewnych - Część 2: Właściwości powłok ochronnych dotyczące spawania” [5] Richtlinie DVS 0501: „Prüfen der Porenneigung beim über schweißen von Fertigungsbeschichtungen auf Stahl”. März 1976 . [6] Pn-En ISO 15614-1:2008/A2:2012 „Specyfikacja i kwalifikowa- nie technologii spawania metali - Badanie technologii spawania - Część 1: Spawanie łukowe i gazowe stali oraz spawanie łuko- we niklu i stopów niklu”. [7] „Karta danych technicznych. Farba PVB gruntująca spawalna MP 61-9006/0”. Lankwitzer Lackfabrik GmbH, Berlin, maj 2013. [8] Pn-En ISO 12944-4:2001 „Farby i lakiery - Ochrona przed ko- rozją konstrukcji stalowych za pomocą ochronnych systemów malarskich - Część 4: Rodzaje powierzchni i sposoby przygoto- wania powierzchni”. [9] Pn-En ISO 5817:2009 „Spawanie - Złącza spawane ze stali, niklu, tytanu i ich stopów (z wyjątkiem spawanych wiązką) - Po- ziomy jakości według niezgodności spawalniczych”. [10] Консервационные грунты (сварные праймеры) SP01, MP75, MP76”. Lankwitzer Lackfabrik GmbH. http://www.lankwitzer- rus.com/catalog/antikor-z/. [11] „Karta danych technicznych. Farba wodorozcieńczalna WG 26- 8140/2”. Lankwitzer Lackfabrik GmbH, Berlin, 11.10.2011. [12] Pn-En ISO 21952:2009 „Materiały dodatkowe do spawania - Druty elektrodowe, druty, pręty i stopiwa do spawania łukowego w osłonie gazu stali odpornych na pełzanie – Klasyfikacja”. [13] „Karta techniczna wyrobu. RAWOMAL P. Farba wodoroz- cieńczalna do gruntowania”. http://www.rafil.pl/img/KTW%20 4.3.pdf. wiadectwa adania Wyniki badań złączy próbnych wg wymagań Pn- En ISO 15614-1:2008/A2:2012 stanowiły podstawę do wystawienia przez Instytut Spawalnictwa protoko- łów kwalifikowania technologii spawania WPQR oraz „Świadectw badania” farb MP75-3009, SP01-81401 i WG 26-8140/2 prod. Lankwitzer Lackfabrik GmbH, a także farby Rawomal P prod. Radomskiej Fabryki Farb i Lakierów RAFIL S.A. Świadectwa te potwier- dzają, że badane farby są przydatne do wykonywa- nia spoin czołowych bez usuwania powłoki ochronnej w powyżej przedstawionych warunkach. Przykładowe „Świadectwo badania” przedstawiono na rysunku 1.