201210_PSpaw.pdf 58 Przegląd sPawalnictwa 10/2012 Lesław Sozański wybrane normy badań magnetyczno- -proszkowych złączy spawanych welded joints magnetic-particle inspection standards  Dr inż. Lesław Sozański – Politechnika Wrocławska. Streszczenie Normy, wyznaczające warunki badań magnetyczno- -proszkowych, obejmują bardzo szeroki zakres zagad- nień. Omówiono istotne grupy norm, określające postę- powanie podczas badań magnetyczno-proszkowych złą- czy spawanych. Analiza uzyskanych wskazań defekto- gramów proszkowych, przeprowadzona zgodnie z zasa- dami z podanymi w normach, pozwala na wyznaczenie poziomu jakości kontrolowanego złącza. Abstract Standards which regulate testing conditions of ma- gnetic-article inspection, cover a very wide range of issu- es. In this paper the important group of standards, defi- ning the procedure for magnetic-particle inspection of we- lded joints has been discussed. Analysis of results of ma- gnetic particle indications, carried out in accordance with the rules given in the standards, allows to determine the level of quality of the joint to be tested. Badania nieniszczące złączy spawanych Złącza spawane konstrukcji metalowych to strefy, w których mogą występować i często występują nie- zgodności wynikające z procesu spawania. Złącza spawane są też najczęściej karbem strukturalno-ge- ometrycznym, który może zainicjować pękanie zmę- czeniowe elementów konstrukcyjnych (rys. 1). Meto- dy badań nieniszczących umożliwiają, z określonym prawdopodobieństwem, wykrywanie nieciągłości za- równo powierzchniowych, jak i wewnętrznych w złą- czach spawanych. Zasady stosowania badań nieniszczących złączy spawanych metali zawarto w normie ISO 7635 [6], która jest normą podstawową. Podano w niej kryte- ria wyboru metod badań nieniszczących oraz oceny ich wyników w zależności od metody spawania, ma- teriału podstawowego i dodatkowego, stanu obrób- ki, rodzaju złącza i spoin oraz ich wymiarów, ukształ- towania elementu, założonego poziomu jakości i możliwych rodzajów niezgodności spawalniczych oraz ich usytuowania. W normie wprowadzono też wymagania dotyczące personelu wykonującego ba- dania, zgodne z PN EN 473 [7] lub ISO 9712 [8]. Badania magnetyczno-proszkowe złączy spawanych Metoda magnetyczno-proszkowa (MT) umożli- wia wykrywanie nieciągłości powierzchniowych w ma- teriałach ferromagnetycznych. Wykorzystuje zjawi- sko gromadzenia się proszku ferromagnetycznego na nieciągłościach rozpraszających pole magnetyczne. Stosowanie znormalizowanych elementów procedu- ry kontroli magnetyczno-proszkowej pozwala jedno- znacznie i powtarzalnie prowadzić badania i interpre- tować uzyskane wyniki. Ogólne przepisy badań magnetyczno-proszkowych są zawarte w EN ISO 9934-1 [9]. W normie tej usta- lono zasady przygotowania badanej powierzchni, sto- sowane techniki magnesowania, wymagania stawiane środkom wykrywającym rozproszone pole i sposobom ich użycia, a także zapis i interpretację uzyskanych wy- ników. W normie wprowadzono też postanowienia za- warte m.in. w powołaniach normatywnych dotyczą- cych personelu wykonującego badania (EN 473 [7]), Rys. 1. Pęknięcie postępujące ze spoiny do materiału rodzimego Fig. 1. Crack propagation from weld to base metal 59Przegląd sPawalnictwa 10/2012 wyposażenia (EN ISO 9934-2,3 [10, 11]) i warunków obserwacji (EN ISO 3059 [12]). Norma ISO 17835 [6] zaleca metodę magnetyczno- -proszkową, w połączeniu z kontrolą wizualną, do wy- krywania dostępnych, powierzchniowych niezgodności spawalniczych we wszystkich rodzajach złączy spawa- nych ze stali ferrytycznych. W jej załączniku A-3 podano w tablicy 3A zależność między poziomami jakości wg EN ISO 5817 [13] a techniką badań wg EN ISO 17638 [14] i poziomami akceptacji wg EN ISO 23278 [15] (tabl. I). Do badań metodą magnetyczno-proszkową opraco- wano normę terminologiczną PN EN 1330-7 [16], w któ- rej zdefiniowano terminy stosowane w tych badaniach i alfabetyczny indeks w języku polskim. Norma EN ISO 17638 [14] zaleca bardzo precy- zyjnie metodologię prowadzenia kontroli złączy spa- wanych wraz z rysunkami i wzorami obliczeń układów geometrycznych i danych elektrycznych, istotnych dla uzyskania odpowiedniego, dla kształtu kontrolowane- go elementu, pola magnetycznego. Przykłady pokaza- no na rysunku 2. Przywołuje też normy ogólne dotyczą- ce środków wykrywających (EN ISO 9934-2 [10]) i sto- sowanej aparatury (EN ISO 9934-3 [11]). Norma wyrobu EN ISO 1723278 [15] podaje kry- teria określania poziomów akceptacji na podstawie defektogramów proszkowych niezgodności spa- walniczych. Defektogramy proszkowe to skupiska proszku magnetycznego, odwzorowujące niecią- głości materiałowe bezpośrednio na badanej po- wierzchni. Defektogramy są szersze od nieciągło- ści, nie pozwalają na określenie ich głębokości, ale umożliwiają określenie przybliżonej długości niecią- głości. W normie stosowane jest pojęcie wskaza- nie, czyli zobrazowanie nieciągłości w formie, jaką umożliwia zastosowana technika badania, w tym przypadku dla badań magnetyczno-proszkowych – defektogram proszkowy (wskazanie liniowe – dłu- gość większa od 3 szerokości, wskazanie nielinio- we – długość mniejsza lub równa 3 szerokościom). Przykłady wskazań pokazano na rysunku 3. Poziomy akceptacji podane w normie określono na podstawie możliwości wykrycia niezgodności spawal- niczych przy zastosowaniu technik badań podanych w normie EN ISO 17638 [15]. Są one przeznaczone przede wszystkim do badań produkcyjnych (tabl. II). Tablica I. Poziomy jakości badań magnetyczno-proszkowych złączy spawanych [6] Table I. Levels of quality for magnetic-particle inspection of welded joints [6] Poziom jakości wg PN-EN ISO 5817 Technika i klasa badania wg PN-EN ISO 17638 Poziomy akceptacji wg PN-EN ISO 232278 b Klasy nie określono 2x C 2x D 3x Poziomy akceptacji 2 i 3 mogą być ustalone z oznaczeniem wstęp- nym X, co oznacza, że wszystkie wykryte wskazania liniowe powin- ny być oceniane wg poziomu 1. Jednak prawdopodobieństwo wy- krycia wskazań mniejszych od podanych przez początkowy poziom akceptacji może być niskie. Rys. 3. Defektogram proszkowy, wskazanie: a) liniowe, b) nieliniowe Fig. 3. Powder defectoscope inspection results: a) linear, b) non-linear Tablica II. Poziomy akceptacji wskazań [15] Table II. Accepted levels of indication [15] Rodzaj wskazania Poziom akceptacji 1 2 3 Wskazanie liniowe l – długość, mm l ≤ 1,5 l ≤ 3 l ≤ 6 Wskazanie nieliniowe d – wymiar dłuższej osi, mm l ≤ 2 l ≤ 3 l ≤ 4 Poziomy akceptacji 2 i 3 mogą być ustalone z oznaczeniem wstęp- nym X, co oznacza, że wszystkie wykryte wskazania liniowe powin- ny być oceniane wg poziomu 1. Jednak prawdopodobieństwo wy- krycia wskazań mniejszych od podanych przez początkowy poziom akceptacji może być niskie. a) b) Tablica III. Zalecane parametry badania [15] Table III. Recommended inspection paramters [15] Poziom akceptacji Stan powierzchni Środki wykrywające 1 Bardzo gładka powierzchnia 1) Fluoryzujące lub barwne ze środkiem kontrastowym 2 Gładka powierzchnia 2) Fluoryzujące lub barwne ze środkiem kontrastowym 3 Zwykła powierzchnia 3) Barwne ze środkiem kontrastowym lub fluoryzujące 1) Bardzo gładka powierzchnia: Lico spoiny i materiał podstawowy o gładkiej czystej powierzchni, z pomijalnymi podtopieniami, łusko- watością i rozpryskami. Taki stan powierzchni jest typowy dla spoin, które zostały wykonane automatycznie metodą TIG, pod topnikiem (w pełni zmechanizowane) i łukowo ręcznie z proszkiem żelaza. 2) Gładka powierzchnia: Lico spoiny i materiał podstawowy o od- powiedniej gładkiej powierzchni, z nieznacznymi podtopieniami, łu- skowatością i rozpryskami. Taki stan powierzchni jest typowy dla spoin, które zostały wykonane łukowo ręcznie w pozycji pionowej z góry na dół i metodą MAG, z zastosowaniem argonu do wykony- wania ściegów licowych. 3) Powierzchnia zwykła: Lico spoiny i materiał podstawowy w ta- kim stanie jak po spawaniu. Taki stan powierzchni jest typowy dla spoin, które zostały wykonane łukowo ręcznie i metodą MAG w do- wolnej pozycji. Rys. 2. Badanie złącza elektromagnesem jarzmowym (a) i efektyw- ny obszar badań (b) [14] Fig. 2. Joint inspection with the use of magnet (a) and effective inspection area (b) [14] 60 Przegląd sPawalnictwa 10/2012 Sąsiadujące ze sobą wskazania, których odległość jest mniejsza niż wymiar większego wskazania, należy oceniać jako pojedyncze, ciągłe wskazanie. W załączniku A (informacyjnym) zalecono w tablicy A1 parametry badań do skutecznego wykrywania ma- łych niezgodności spawalniczych. Środki wykrywające podano w kolejności ich zalecania (tabl. III) [15]. Na ry- sunku 4 pokazano przykładowe defektogramy prosz- kowe (wskazania) nieciągłości spawalniczych. Rys. 4. Przykładowe defektogramy proszkowe pęknięć spawalniczychFig. 4. Example of cracks indicated with the use of powder defec- toscope Podsumowanie Określanie poziomów jakości złączy spawanych na podstawie wyników badań nieniszczących wyma- ga uwzględnienia zapisów szeregu norm, które od lat sprawiały problemy techniczno-prawne [1, 2]. Rozbu- dowanie europejskiego systemu norm i zaleceń (nor- my podstawowe, normy badań i normy wyrobu) po- zwala na stosunkowo łatwe opracowanie procedur i instrukcji kontrolnych w standardowych przypad- kach badania złączy spawanych konstrukcji metalo- wych [3]. Zadaniem badań magnetyczno-proszko- wych jest wykrycie nieciągłości powierzchniowych w materiałach ferromagnetycznych, ustalenie poło- żenia i oszacowanie ich rozmiarów [4]. Stosowane w normach określenia wskazanie liniowe lub nieli- niowe nie są pojęciami technologicznymi. Wskaza- nie to skupisko proszku magnetycznego nad nie- ciągłością materiałową. Część wskazań uznanych za istotne mogą stanowić wskazania fałszywe, wy- wołane przez różne czynniki: techniczno-procedu- ralne i subiektywne. Niepewność wyniku badania defektoskopowego jest parametrem, charakteryzują- cym wpływ określonych czynników związanych z ba- danym obiektem i przebiegiem badania defektosko- powego na wynik tego badania [5]. Uzyskane wyni- ki oraz prawidłowe oszacowanie niepewności badań dają rzetelny obraz jakości kontrolowanego złącza. W 2003 r. zmieniły się zasady stosowania Pol- skich Norm (PN). Do 31 grudnia 1993 r. stosowa- nie PN było obowiązkowe i pełniły one rolę przepi- sów. Nieprzestrzeganie postanowień PN było naru- szeniem prawa. Od 1 stycznia 1994 r. stosowanie PN jest dobrowolne, przy czym do 31 grudnia 2002 r. ist- niała możliwość nakładania obowiązku stosowania PN przez właściwych ministrów. Od 1 stycznia 2003 r. stosowanie PN jest już całkowicie dobrowolne (Dz.U. z 2002 r. nr 169 poz. 1386, ustawa o normalizacji), z wyjątkiem działań wykonywanych ze środków pu- blicznych, podlegających ustawie „Prawo zamówień publicznych”, która nakłada obowiązek ich uwzględ- nienia, oraz innych ustaw i rozporządzeń ministrów. Literatura [1] Dudek K., Przystupa F., Sozański L.: Aspekty europejskiej nor- malizacji metod nieniszczących. Prob. Masz. Rob. 2002, z.19. [2] Czuchryj J., Sikora S., Staniszewski K.: Problemy oceny ja- kości złączy spawanych różnymi metodami oraz wykona- nych z różnych materiałów konstrukcyjnych. Biuletyn Instytutu Spawalnictwa, 2011, nr 1. [3] Pasternak J., Wolański R.: Procedura badań magnetyczno- -proszkowych. Przegląd Spawalnictwa, 2002, nr 7. [4] Krawczyk R., Poch K.: Ocena czułości w badaniach magne- -tycznych-proszkowych. Biuletyn Instytutu Spawalnictwa, 2011, nr 4. [5] Hlebowicz J.: Źródła niepewności badań nieniszczących. Ba- dania materiałów, 2001, nr 2. Normy [6] PN-EN ISO 17635:2010. Badania nieniszczące złączy spa- wanych. Zasady ogólne dotyczące metali. [7] PN-EN 473: 2008. Badania nieniszczące – Kwalifikacja i cer- tyfikacja personelu. [8] ISO 9712:2005. Badania nieniszczące – Kwalifikacja i certyfi- kacja personelu. [9] PN-EN ISO 9934-1:2005. Badania nieniszczące – Badania magnetyczno-proszkowe. Część 1: Zasady ogólne. [10] PN-EN ISO 9934-2:2003. Badania nieniszczące – Badania magnetyczno-proszkowe. Część 2: Środki wykrywające. [11] PN-EN ISO 9934-3:2003. Badania nieniszczące – Badania magnetyczno-proszkowe. Część 3: Aparatura. [12] PN-EN 3059:2005. Badania nieniszczące. Badania penetra- cyjne i badania magnetyczno-proszkowe. Warunki obserwacji. [13] PN-EN ISO 5817:2010. Badania nieniszczące złączy spawa- nych. Zasady ogólne dotyczące metali. [14] PN-EN ISO 17638:2006. Badania nieniszczące spoin – Ba- dania magnetyczno-proszkowe spoin. [15] PN-EN ISO 23278:2010. Badania nieniszczące spoin – Ba- dania magnetyczno-proszkowe spoin – Poziomy akceptacji. [16] PN EN 1330-7:2007. Badania nieniszczące. Terminologia. Część 7: Terminy stosowane w badaniach. Praca powstała w wyniku realizacji projektu NR 03 0039 06/09.