201202_PSpaw.pdf 27Przegląd sPawalnictwa 2/2012 Grzegorz Rogalski Dariusz Fydrych kwalifikowanie technologii spawania wg PN-eN ISO 15614-8 na przykładzie płyt sitowych w U-rurowych wymiennikach ciepła Qualification of welding procedures  acc. to Pn-en isO 15614-8 – an example  of tube plate used in U-tube heat exchangers Dr inż. Grzegorz Rogalski, dr inż. Dariusz Fydrych – Politechnika Gdańska. Streszczenie W artykule przedstawiono charakterystykę normy Pn-En ISo 15614-8:2005 Specyfikacja i kwalifikowanie technologii spawania metali. Badanie technologii spawa- nia. Część 8: Spawanie rur z płytami sitowymi [1]. Zapre- zentowano algorytm postępowania w przypadku stosowa- nia tej normy, i podano warunki, które uzasadniają wybór normy Pn-En ISo 15614-8 do zatwierdzania technologii spawania. Przedstawiono przykład złączy spawanych sto- sowanych w połączeniach typu dno sitowe-rury oraz wy- niki badań kwalifikacyjnych dla połączenia dna sitowego ze stali kotłowej P355nH z rurami z austenitycznej stali odpornej na korozję 316L. Abstract The paper presents the characteristic of the Pn-En ISo 15614-8:2005 „Specification and qualification of we- lding procedures for metallic materials – Welding proce- dure test – Part 8: Welding of tubes to tube-plate joints [1]. An algorithm of procedures needed to apply this stan- dard is presented and the conditions that justify the cho- ice of the Pn-En ISo 15614-8 for qualification of welding procedures are given. An example of welded tube to tu- be-plate joints and the results of qualifying tests for the connection of tube-plate (P355nH) with austenitic tubes (316L) are shown. Wstęp Płyty sitowe, nazywane również dnami sitowymi lub ścianami sitowymi, to elementy konstrukcyjne róż- nych rodzajów wymienników ciepła. Do tych elemen- tów montowane są na stałe lub z możliwością wymia- ny rury, w których znajduje się jeden z czynników ro- boczych. Stanowią one integralną część całego urzą- dzenia i wymagają szczególnej uwagi podczas wytwa- rzania. na rysunku 1 przedstawiono przykład typowe- go wymiennika ciepła z układem U-rurowym, a na ry- sunku 2 widok płyty sitowej połączonej z rurami. Rury montowane w płycie sitowej muszą charakteryzować się odpowiednimi właściwościami, a proces ich wytwa- rzania musi być odpowiednio potwierdzony [2, 3]. Rys. 1. Płaszczowy wymiennik ciepła z U-rurową wężownicą produ- kowany przez firmę SECES-PoL: 1 – głowica, 2 – króciec, 3 – pły- ta sitowa, 4 – płaszcz zbiornika, 5 – wężownica U-rurowa, 6 – den- nica [4] Fig. 1. Shell and tube heat exchanger with U-tube coil pro- duced by SECES-PoL: 1 – head; 2 – nozzle, 3 – tube-plate, 4 – shell, 5 – U-tube coil, 6 – bottom [4] 28 Przegląd sPawalnictwa 2/2012 Rys. 2. Płyta sitowa ze stali P355nH połączona z rurami ze stali nie- rdzewnej [4] Fig. 2. View of tubes to tube-plate joints. Steel P355nH welded with stainless steel tubes [4] Do najczęściej stosowanych technologii mocowa- nia rur w płytach sitowych można zaliczyć: rozpęcza- nie, spawanie, rozwalcowywanie, lutowanie, zadławie- nie, zgrzewanie wybuchowe oraz klejenie. Rozpęczanie to technologia, która znajduje zasto- sowanie do łączenia rur o małych średnicach (10÷12 mm). wykonuje się ją stożkowym przebijakiem. Zasto- sowanie procesu lutowania ograniczone jest tempera- turą topnienia lutu, która dla lutowania miękkiego jest niska. najczęściej stosuje się technologię spawania po uprzednim zlikwidowaniu luzu pomiędzy otworem a rurą (przywalcowanie) oraz pełne rozwalcowywanie. Ta tech- nologia umożliwia konfigurację materiałową, której nie można zastosować w procesie spawania, np. płyta sito- wa wykonana jest ze stali kotłowej, a rury z miedzi lub mosiądzu. Jest to możliwe pod warunkiem, że granica plastyczności i twardość płyty są większe dla rury. Aby spełnić te warunki w niektórych przypadkach stosuje się wyżarzanie zmiękczające końców rur. Proces spawania wykorzystywany jest do łączenia rur z płytą sitową przy wysokim ciśnieniu i temperaturze pracy wymiennika (p > 80·105 Pa; t > 350˚C). Dodatkowo można stosować przed procesem spawania rozwalcowywanie [5]. Tak szeroki wybór metod łączenia wynika z czynni- ków technologiczno-konstrukcyjnych, do których moż- na zaliczyć: – gatunek materiału (grupę materiałową, której wybór najczęściej wynika z parametrów oraz warunków pracy wymiennika), – właściwości mechaniczne ze szczególnym uwzględ- nieniem granicy plastyczności Re (informacja szcze- gólnie istotna dla procesu rozwalcowywania), – możliwość spajania zastosowanych materiałów (spawanie, lutowanie, zgrzewanie wybuchowe), – warunki pracy wymiennika, – geometrię połączenia, np. kształt oraz wymiary rur lub płyty sitowej. Zakres materiałów podstawowych możliwych do za- stosowania na poszczególne elementy jest bardzo sze- roki. Rury stosowane w wymiennikach ciepła mogą być wykonane ze stali niestopowych (S355J2H itp.), stali wy- sokostopowych austenitycznych odpornych na korozję (321, 316 itp.), stali dupleks (np. 2305), tytanu i jego sto- pów (Grade 1, Grade 2), niklu i jego stopów (np. Incolloy 800HT), miedzi, mosiądzu i innych metali spełniających kryteria technologiczno-konstrukcyjne. Podobna sytuacja dotyczy płyt sitowych. Możliwość zestawienia różnych połączeń materiałów wymusza stosowanie odpowiednio dobranych technologii łączenia, które mogą wynikać ze specyfikacji technicznych lub odpowiednich norm przed- miotowych (np. dotyczących projektowania). Przykłada- mi tego rodzaju dokumentów mogą być: ASME Sec. VIII div. I (zał. A) [6] oraz norma Pn-En 13445-3 (tab. A-5) [7]. Wybrane przykłady sposobów łączenia płyty sitowej z ru- rami wg wymienionych standardów przedstawiono na ry- sunku 3. Ze względu na bardzo duże znaczenie połączeń rur z płytami sitowymi stworzono odpowiednie przepi- sy dotyczące kwalifikowania technologii spawania. Są one zawarte w przepisach ASME Sec. IX (QW-288; QW-303.5; QW-193) oraz jako standard międzynaro- dowy Pn-En ISo 15614-8:2005 [8]. Charakterystyka normy PN-EN ISO 15614-8 norma Pn-En ISo 15614-8:2005 dotyczy kwalifi- kowania technologii spawania rur z płytami sitowymi. nie miała ona odpowiednika w serii norm Pn-En 288. Jest normą zharmonizowaną z dyrektywą ciśnienio- wą 97/23/WE. Umożliwia to zastosowanie jej do kwa- lifikowania procesu spawania płyt sitowych z rurami przy budowie urządzeń ciśnieniowych, np. wymien- ników ciepła. norma ta została przygotowana przez KT 165 ds. technologii spawalniczych, zatwierdzo- na przez Prezesa PKn 02.12.2004 r. i opublikowana 24.01.2005 r. Rys. 3. Przykłady konfiguracji połączenia rury z płytą sitową: a) spo- ina czołowa; b), c) spoina pachwinowa; d) spoina brzegowa; e) spo- ina czołowa sita z odkuwanymi występami; f) połączenie spoiną czo- łową z podcięciem płyty sitowej [5÷7] Fig. 3. Examples of tubes to tube-plate joints: a) butt weld; b), c) fillet weld; d) edge weld; e), f) other solutions (butt welds) [5÷7] 29Przegląd sPawalnictwa 2/2012 Zakres merytoryczny W dokumencie Pn-En ISo 15614-8 ustalono wyma- gania dla kwalifikowania technologii spawania den sito- wych z rurami za pomocą jej badania dla spawania łuko- wego ręcznego, częściowo zmechanizowanego, w pełni zmechanizowanego oraz automatycznego. Tego rodza- ju kwalifikowanie może obejmować złącza przenoszą- ce wszystkie obciążenia, bądź spoiny wykonane jako uszczelniające. należy zaznaczyć, że norma ta ma za- stosowanie do spawania rur z płytami sitowymi z odstę- pem. W przypadku połączenia bez odstępu pomiędzy elementami zaleca się, aby procedura zatwierdzania technologii spawania była ujęta w dokumentacji. ograni- czenie stosowania omawianego standardu dotyczy spa- wania rur z płytą sitową z odkuwanymi występami (rys. 3e). norma zaleca wtedy uwzględnienie spawania z na- prawą technologiczną. normy przywołane przez dokument dotyczą certy- fikowania spawaczy, klasyfikacji gazów stosowanych w procesach spawalniczych, badań niszczących i nie- niszczących, podziału materiałów metalowych na gru- py materiałowe, przygotowania elementów do spawania, poziomów jakości złączy spawanych oraz kwalifikowania technologii spawania i przygotowania instrukcji technolo- gicznej spawania WPS. Dokument jednoznacznie okre- śla stosowanie norm przywołanych, które są datowane i niedatowane. w przypadku standardów niedatowanych stosuje się ostatnie wydanie powołanej publikacji. Ina- czej wygląda zastosowanie norm datowanych. najnow- sze wydania publikacji datowanych mogą być stosowa- ne tylko wtedy, kiedy norma Pn-En ISo 15614-8 zosta- nie zmieniona lub znowelizowana oraz normy te zostaną w niej przywołane. W innym przypadku należy stosować te dokumenty datowane, które są przywołane w normie. Stosowane symbole W celu ujednolicenia oznaczeń wielkości geome- trycznych oraz innych zmiennych norma wprowadza symbole zestawione w tablicy I i pokazano na rysun- kach 4÷6. Tablica I. Symbole stosowane w normie Pn-En ISo 15614-8 Table I. Symbols used in Pn-En ISo 15614-8 standard Symbol Opis Jednostka a grubość spoiny (w tym przypadku odległość między najniższym punktem grani spoiny a po- wierzchnią spoiny) mm dp wielkość pęcherza mm da średnica zewnętrzna rury mm dl minimalna odległość między dwoma rurami mm g szczelina między rurą a płytą sitową mm sp początek ściegu graniowego -- t grubość ścianki rury mm t1 grubość plateru mm t2 grubość płyty sitowej mm x nawis mm Uwaga: Wielkości oznaczone wymienionymi symbolami przedsta- wiono na rysunkach 4÷6. Rys. 4. Przykładowe połączenia spawane płyty sitowej z rurą, przed- stawiające wielkości oznaczone symbolami zdefiniowanymi w tablicy I Fig. 4. Examples of tubes to tube-plate joints with symbols from table I Rys. 5. Złącze próbne do kwalifikowania technologii spawania w układzie (podziałce) trójkątnym: dl – minimalna odległość po- między dwoma rurami, Sp – początek ściegu graniowego, A-A, B-B – przykłady umiejscowienia linii cięcia do wykonania zgładów meta- lograficznych makroskopowych Fig. 5. Test joint for tube ends on triangular pitch: dl – minimal di- stance between two tubes, Sp – starting point of the root run, A-A, B-B – ground sections of a test specimen (examples for the location of the cut lines) Rys. 6. Złącze próbne do kwalifikowania technologii spawania w układzie (podziałce) kwadratowym: dl – minimalna odległość po- między dwoma rurami, Sp – początek ściegu graniowego, A-A, B-B – przykłady umiejscowienia linii cięcia do wykonania zgładów meta- lograficznych makroskopowych Fig. 6. Test joint for tube ends on square pitch: dl – minimal distance be- tween two tubes, Sp – starting point of the root run, A-A, B-B – ground sections of a test specimen (examples for the location of the cut lines) 30 Przegląd sPawalnictwa 2/2012 Zasady kwalifikowania technologii spawania Kwalifikowanie technologii spawania powinno być oparte na wstępnej instrukcji technologicznej spawania pWPS. należy ją opracować zgodnie z wytycznymi za- wartymi w normie prEn ISo 15609-1:2000 [9]. Powin- na ona zawierać zmienne podane w pkt. 4.2 oraz 4.3 omawianej normy. Sam proces zatwierdzania techno- logii spawania powinien być przeprowadzony przez eg- zaminatora lub jednostkę egzaminującą zgodnie z do- kumentacją konstrukcyjną lub normą dotyczącą stoso- wania. Spawacze i operatorzy powinni posiadać od- powiednie kwalifikacje zdobyte zgodnie z wytyczny- mi odpowiednich norm przedmiotowych. Dla spawa- czy są to: En 287-1 [10] (prEn ISo 9606-1), En 287-2 [11], En ISo 9606-3 [12], En ISo 9606-4 [13], En ISo 9606-5 [14], natomiast dla operatorów: En 1418 [15]. Złącza należy przygotować wg normy En 29692 [16], a ich konstrukcje wg En 1708-1 [17]. W budowie wymienników ciepła najczęściej stosuje się dwa rodzaje układów rur. Pierwszy z nich to układ trójkątny (rys. 5), drugi to układ kwadratowy (rys. 6). oba ujęte są w omawianej normie, a liczba rur spa- wanych do płyty sitowej jest uzależniona od średnicy zewnętrznej rury. Dla rur w układzie (podziałce) trój- kątnym i średnicy zewnętrznej rury D < 40 mm po- winno się spawać 10 rur do płyty. Dla rur o średnicy D ≥ 40 mm należy przyspawać minimum 7 końców rur (obszar A na rys. 5). Inaczej wygląda sytuacja w przypadku stosowania układu (podziałki) kwadra- towego. Dla rur o średnicy zewnętrznej D < 40 mm należy przyspawać 12 rur do płyty sitowej, a dla rur o średnicy D ≥ 40 mm minimum 9 końców rur (obszar A rys. 6). odległość pomiędzy osiami otworów wynika ze specyfikacji technicznej dotyczącej projektowania i podawana jest przez konstruktora. Zakres badań w celu zatwierdzenia technologii spawania po wykonaniu złączy próbnych należy wykonać wskaza- ne badania potwierdzające odpowiedni poziom jako- ści. W normie przedstawiono rodzaj badań, ich zakres oraz poziomy akceptacji. W tablicy II przedstawiono charakterystykę badań ujętych w normie Pn-En ISo 15614-8. Zakres kwalifikacji norma Pn-En ISo 15614-8:2005 uwzględnia w za- kresie kwalifikacji następujące zmienne: – grupę materiałową, – wymiary geometryczne płyt sitowych i rur, – podziałkę (układ) spawanych rur, – metodę spawania, – pozycję spawania płyty sitowej, – typ złącza, – gatunek materiału dodatkowego do spawania, – rodzaj i biegunowość prądu spawania, – sposób doprowadzenia ciepła, – temperaturę podgrzewania wstępnego, – temperaturę międzyściegową, – obróbkę cieplną po spawaniu, – rodzaj gazu osłonowego. Do celów omawianej normy do klasyfikacji mate- riałów podstawowych stosuje się CR ISo 15608 [18]. Zakres kwalifikowania powinien być zgodny z od- powiednim arkuszem normy prEn ISo 15614 [19]. Jednym z ważnych aspektów zakresu kwalifikacji jest rodzaj użytej podziałki (układu rur w płycie si- towej). Spawanie wg określonego rodzaju podział- ki kwalifikuje inne podziałki, pod warunkiem, że naj- mniejszy odstęp pomiędzy dwoma rurami (dl) nie jest mniejszy niż w kwalifikowanej technologii. Zmiana Tablica II. Zakres badań dla złączy spawanych wg Pn-En ISo 15614-8 Table II. Range of testing for welded joints acc. to Pn-En ISo 15614-8 Rodzaj badań Zakres badań uwagi Badania wizualne (VT) 100% Badania należy wykonać przed pocię- ciem próbki do badań, po odpowied- nim oczyszczeniu powierzchni i po ob- róbce cieplnej, jeśli była wymagana. Poziom akceptacji przyjąć z tablicy I; pkt 7.2.2 omawianej normy. Badania penetracyjne (UT) 100% Przeprowadzić zgodnie z En 571-1. Jakiekolwiek wskazania w spoinie i SWC są niedopuszczalne. Badania radiograficzne (RT) 100% z pominięciem spoin do próby wyciskania Przeprowadzić zgodnie z En 1435. Badania obowiązują dla wszystkich spoin oprócz tych, które przeznaczone są do wykonania próby wyciskania. Poziom akceptacji przyjąć z tablicy II; pkt 7.2.4 omawianej normy. Badania makrosko- powe Podano na rys. 4 i. 5 (linie cięcia A-A, B-B) Przeprowadzić zgodnie z En 1321. Cięcie mechaniczne lub obróbka skra- waniem. Linia cięcia musi przebiegać przez dwa punkty rozpoczęcia spawania ściegów graniowych. Poziom akceptacji przyjąć z tablicy III; pkt 7.2.5 omawianej normy. Badania twardości Pomiar twar- dości spo- iny, obu SWC oraz materiału ro- dzimego Przeprowadzić zgodnie z En 1043-1, jedynie dla grup stali 2÷7 oraz dla złą- czy niejednorodnych stali austenitycz- nych ze stalami ferrytycznymi wg CR ISo 15608. Poziom akceptacji przyjąć z tablicy 2 normy prEn ISo 15614-1. Badania wy- pychania lub wyciągania Podaje specyfikacja techniczna Poziom akceptacji: określony w specy- fikacji technicznej. 31Przegląd sPawalnictwa 2/2012 Tablica III. Zakres kwalifikacji wielkości geometrycznych płyt sito- wych i rur Table III. Range of qualification for geometrical details of tube-pla- tes and tubes oznaczenie Złącze próbne mm Zakres kwalifikacji mm Grubość plateru t1 < 3 t1 ≥ 3 ≥ t1 ≥ 3 Grubość płyty sitowej t2 < 35 t2 ≥ 35 ≥ t2 ≥ 35 Grubość ścianki rury do spawania ręcznego t 0,5t ÷ 2t Grubość ścianki rury do spawania zmechanizowanego lub automa- tycznego t t ± 0,2t Zewnętrzna średnica rury da ≥ da następujących zmiennych powoduje ponowne kwali- fikowanie technologii spawania: – metody (metod) spawania użytej podczas wykony- wania złącza próbnego, – typu złącza, – pozycji spawania, – rodzaju i biegunowości prądu spawania, – rodzaju otuliny elektrody, – średnicy materiału dodatkowego do spawania, – rodzaju gazu osłonowego wg En 439 [20]. Zakres kwalifikacji dla wielkości geometrycznych przedstawiono w tablicy III. W przypadku doprowadzenia ciepła wytyczne obowiązują tylko wtedy, kiedy wymagana jest jego kontrola. Może tak być np. gdy stawia, się okre- ślone wymagania dla twardości po procesie spa- wania. W takim przypadku stosuje się dolną grani- cę ilości doprowadzonego ciepła lub przyjmuje, że ilość ciepła może być o 25% większa niż stosowa- na podczas wykonywania złącza próbnego. Wtedy stosowanie podgrzewania wstępnego dotyczy dol- nej granicy temperatury podgrzewania. Inaczej jest, gdy w procesie spawania rury z płytą sitową należy uwzględnić temperaturę międzyściegową. W tym przypadku kwalifikowanie dotyczy górnej granicy temperatury międzyściegowej uzyskanej podczas wykonywania złącza próbnego. Dla obróbki ciepl- nej kryteria zatwierdzenia technologii spawania są następujące: badanie technologii z obróbką ciepl- ną nie kwalifikuje technologii bez obróbki cieplnej i odwrotnie. Algorytm postępowania przy kwalifikowaniu technologii spawania Wymagania związane z kwalifikowaniem techno- logii spawania połączenia płyty sitowej z rurami wy- nikają najczęściej ze specyfikacji technicznej, ale Rys. 7. Algorytm postępowania w przypadku kwalifikowania techno- logii spawania wg Pn-En ISo 15614-8 Fig. 7. Scheme of qualification of welding procedures according to Pn-En ISo 15614-8 mogą również być narzucone przez zleceniodawcę. Po dokładnej analizie dokumentacji technicznej i stwierdzeniu, że wymagana jest zatwierdzona tech- nologia spawania (np. przez jednostkę certyfikującą), należy określić wszystkie zmienne zasadnicze mające wpływ na zakres uznania. Przed procesem certyfikacji należy zwrócić szczególną uwagę na: – grupę materiałową dla płyty sitowej oraz rur (zgod- ność pomiędzy spawanymi materiałami), – wielkości geometryczne płyty sitowej oraz rur (gru- bość, średnica), – układ (podziałkę) spawanych rur (trójkątny, kwadra- towy), – metodę spawania z uwzględnieniem jej modyfikacji przez zautomatyzowanie lub zrobotyzowanie, – pozycję spawania płyty sitowej, – rodzaj złącza oraz spoiny, 32 Przegląd sPawalnictwa 2/2012 Tablica IV. Parametry spawania złączy próbnych Table IV. Parameters of welding of test joints Kształt połączenia Kolejność spawania Ścieg Proces wymiar spoiwa mm natężenie prądu spawania A napięcie łuku V Rodzaj prądu/ biegunowość Prędkość poda- wania drutu m/min Długość ściegu / prędkość przesuwu mm/s Ilość wprowadzo- nego ciepła kJ/mm 1 141 -- 65÷85 9÷10 DC (–) -- 2,0 0,18÷0,26 t1 = 1,5 mm; D = 12,0 mm; t2 = 10,0 mm – zabiegi technologiczne towarzyszące proceso- wi spawania, np. podgrzewanie wstępne, obróbka cieplna po spawaniu, pomiar temperatury między- ściegowej itp., – zastosowanie materiału dodatkowego do spawania, – pozostałe zmienne wynikające np. z warunków spawania, Zwykle kwalifikowanie technologii spawania wyko- nuje się pod nadzorem jednostki certyfikującej, ponie- waż tak uznana technologia spawania powinna być honorowana przez inne jednostki certyfikujące. W tym celu należy skontaktować się z wybraną organizacją przeprowadzającą certyfikację i w zależności od wy- magań złożyć odpowiedni wniosek. Złącza egzamina- cyjne, przygotowane zgodnie z wytycznymi omawia- nej normy, wykonywane są na podstawie wstępnej in- strukcji technologicznej spawania pWPS. Dokument ten tworzony jest na podstawie zapisów z prób spa- wania lub nabytego doświadczenia. Po wykonaniu złą- czy egzaminacyjnych oraz ich pozytywnej weryfikacji przez inspektora przekazywane są one do laborato- rium. Jeżeli złącze egzaminacyjne nie spełnia wyma- gań stawianych przez normę, co jest weryfikowane przez inspektora jednostki certyfikującej, należy wyko- nać ponownie próbki. W przypadku pozytywnych wy- ników badań komplet dokumentów w formie protoko- łów należy dostarczyć do jednostki certyfikującej, któ- ra na ich podstawie sporządza protokół z zatwierdzo- nej technologii spawania WPQR. na podstawie takie- go dokumentu umożna opracować instrukcję techno- logiczną spawania WPS, a następnie zgodnie z od- powiednimi procedurami przekazać ją do produkcji. W przypadku tworzenia WPS należy pamiętać, że za- warte w nim istotne zmienne muszą być zgodne ze zmiennymi umieszczonymi w WPQR. W przeciwnym przypadku taki dokument może nie być zaakceptowany. na rysunku 7 przedstawiono algorytm postępowania w przypadku zatwierdzania technologii spawania wg Pn-En ISo 15614-8. Przykład kwalifikowania technologii spawania płyt sitowych z rurami wymiennika Przed przystąpieniem do kwalifikowania technolo- gii spawania zgodnie z wymaganiami normy Pn-En ISo 15614-8 określono zmienne, które wpływają na przebieg procesu łączenia rur z płytą sitową. Zaliczono do nich: – gatunki materiału podstawowego: – płyta sitowa: stal P355nH; grupa materiałowa wg CR ISo 15608: 1.2, – rury: austenityczna stal odporna na korozję 1.4404 (316L); grupa materiałowa wg CR ISo 15608: 8.1; – metodę spawania: TIG (141) bez materiału dodat- kowego; – pozycję spawania: PA; – rodzaj złącza oraz spoiny: spoina czołowa, brzego- wa (BW), – rodzaj spawania: ręczne; – wymiary geometryczne rur: ø 12 mm, t = 1,5 mm, – wymiary geometryczne płyty sitowej: t = 10 mm, – układ rur (podziałka): trójkątny, – zastosowane gazy osłonowe: I1 (100% Ar) wg Pn-En ISo 14175 [22]. w kolejnym etapie przeprowadzono próby techno- logiczne spawania płyty sitowej z rurami z uwzględnie- niem wytypowanych zmiennych istotnych. ustalono warunki przygotowania złącza przed spawaniem oraz prądowe parametry spawania. na podstawie zapisów z prób wykonano wstępną instrukcję technologiczną spawania pWPS, którą wykorzystano do spawania ce- lowych próbek w obecności inspektora jednostki cer- tyfikującej. W tablicy IV przedstawiono geometrię ele- mentów przed spawaniem, kolejność spawania oraz zastosowane parametry spawania. na rysunku 8 po- kazano próbkę z rurami sczepionymi z płytą sitową, a na rysunku 9 wykonane złącze próbne. 33Przegląd sPawalnictwa 2/2012 Rys. 10. Złącze próbne po wykonaniu badań penetracyjnych. Brak wskazań świadczących o występowaniu niezgodności spawalniczych Fig. 10. Test joint after penetration inspection. no mismatches are shown Rys. 8. Złącze próbne z układem trójkątnym rur, przygotowane do kwalifikowania technologii spawania zgodnie z wytycznymi normy Pn-En ISo 15614-8 Fig. 8. Test joint with tube ends in triangular pitch prepared for qualification of welding procedure acc. to Pn-En ISo 15614-8 stan- dard Rys. 9. Złącze próbne z układem trójkątnym rur, wykonane zgodnie z wytycznymi podanymi w tablicy IV Fig. 9. Test joint with tube ends in triangular pitch welded acc. to pa- rameters given in table IV Zakres i wyniki badań złączy próbnych na podstawie wytycznych zawartych w normie Pn-En ISo 15614-8 oraz analizy specyfikacji technicz- nej dotyczącej projektowania określono następujący zakres badań: – wizualne (VT), – penetracyjne (PT), – radiograficzne (RT), – makroskopowe. Badania wizualne Badania wizualne przeprowadzono zgodnie z wy- maganiami normy Pn-En 970 [22]. Badaniu podda- no 100% spoiny i SWC. Wymagany poziom jakości ustalono na podstawie tablicy I zamieszczonej w pkt. 7.2.2 normy Pn-En ISo 15614-8. Badania wykonano bezpośrednio przy użyciu standardowe- go oprzyrządowania. na ich podstawie nie stwier- dzono występowania niezgodności spawalniczych, co pozwoliło na przekazanie wykonanej próbki do dalszych badań. Poziom akceptacji określono jako zgodny z tablicą I zamieszczoną w pkt. 7.2.2 oma- wianej normy. Badania penetracyjne Badania penetracyjne wykonano zgodnie z wy- maganiami normy En 571-1 [23]. Badaniu podda- no 100% wykonanych złączy spawanych. System preparatów do badań penetracyjnych był zgodny z En 571-IICd-2. nie stwierdzono żadnych wska- zań świadczących o występowaniu niezgodności spawalniczych. Złącze po badaniach penetracyj- nych przedstawiono na rysunku 10. W przypadku badań penetracyjnych tego ro- dzaju złącza należy zwrócić szczególną uwagę na bardzo dokładne oczyszczenie wnętrza rur z pe- netrantu. nieodpowiednie oczyszczenie może być przyczyną nieprawidłowych wskazań. Zaleca się konsultacje z inspektorem jednostki certyfikującej w celu ustalenia algorytmu przeprowadzania proce- dury, który musi być zgodny z wymaganiami normy En 571-1. Badania radiograficzne Badania radiograficzne wykonano zgodnie z Pn-En 1435 [24]. Badano złącza spawane okre- ślone normą Pn-En ISo 15614-8, co wynika z tego, że żadne połączenie nie wymaga próby wyciskania. 34 Przegląd sPawalnictwa 2/2012 Rys. 12. Przekrój poprzeczny sąsiadujących krawędzi rury ø12×1,5 mm z płytą sitową, trawienie Ma11Fe Fig. 12. Cross section of tube to tube-plate test joint (4 tubes ø12×1,5 mm), etching Ma11Fe Podsumowanie Wykonane badania pozwoliły na zakwalifikowa- nie technologii spawania rur z płytą sitową dla po- płaczenia materiałowego: stal austenityczna od- porna na korozję ze stalą niestopową. Pozwoliło to na uzyskanie protokołu z zatwierdzonej technologii spawania WPQR oraz wykonanie na jego podsta- wie instrukcji technologicznej spawania (WPS). Pro- ces został poprzedzony analizą zmiennych wpływa- jących na proces spawania rur z płytami sitowymi, co umożliwiło dobór odpowiedniej geometrii złącza przed spawaniem oraz parametrów spawania. Za- proponowana technologia spawania została zakwa- lifikowana przez jednostkę certyfikującą. W przypad- ku zatwierdzania technologii spawania rur z płytami sitowymi należy zwrócić szczególną uwagę na układ rur (podziałkę) stosowanych w wymienniku ciepła oraz najmniejszą możliwą odległość pomiędzy ze- wnętrznymi krawędziami rur. Wpływa to na zakres uznanej technologii spawania. W rozważanym przy- kładzie zakres uznania jest następujący: – metoda spawania: 141, – rodzaj złączy i spoiny: spawanie rur z płytą sitową, – grupy materiałowe: a) płyta sitowa: podgrupy 1.1, 1.2, b) rura: podgrupa 8.1, – grubość materiału: a) płyta sitowa: ≥ 10 mm: b) grubość ścianki rury: 0,75÷3 mm, – średnica zewnętrzna rury: da ≥ 12 mm, – odstęp: maks. 0,5 mm, – rodzaj prądu i biegunowość: DC (-), – pozycja spawania: PA, – minimalny odstęp między dwoma rurami: dl ≥ 3 mm. W przypadku wykonywania tego rodzaju złą- czy należy zwrócić szczególną uwagę na stan po- wierzchni płyty sitowej oraz rur. Musi być ona wol- na od zanieczyszczeń. nieprzestrzeganie tego stan- dardowego zabiegu powoduje tworzenie się w spoin- ie niezgodności spawalniczych, np. pęcherzy gazo- wych, które dyskwalifikują złącze. Jednocześnie kon- centracja gazów w miejscu spawania utrudnia pro- ces spawania (wypychanie jeziorka ciekłego metalu). Taka sytuacja może być związana z poprzedzającym proces spawania rozwalcowaniem rur, podczas któ- rego używa się środków smarujących. Rys. 11. Przekrój poprzeczny złącza spawanego rury ø 12×1,5 mm z płytą sitową (4 rury), trawienie Ma11Fe Fig. 11. Cross section of tubes to tube-plate test joints (4 tubes ø12×1,5 mm), etching Ma11Fe Poziom akceptacji ustalono zgodnie z wymagania- mi zawartymi w tablicy II zamieszczonej w pkt. 7.2.4 normy Pn-En ISo 15614-8. na podstawie anali- zy radiogramów nie stwierdzono występowania nie- zgodności spawalniczych. Badania makroskopowe Badania makroskopowe wykonano na podstawie wytycznych normy Pn-En 1321:2000 [25]. na rysun- kach 11 i 12 przedstawiono makrostrukturę złącza spawanego. nie stwierdzono obecności niezgodności spawal- niczych w przekroju poprzecznym złączy. Spoiny były symetryczne z łagodnie przechodzącym w materiał rodzimy licem. Spoiny sczepne zostały poprawnie przetopione, a w miejscu ich występowania nie stwier- dzono niezgodności spawalniczych. 35Przegląd sPawalnictwa 2/2012 Literatura [1] Pn-En ISo 15614-8:2005. Specyfikacja i kwalifikowanie technologii spawania metali. Badanie technologii spawania. Część 8: Spawanie rur z płytami sitowymi. [2] Rogalski G., Łabanowski J.: Kwalifikowanie technologii spa- wania zgodnie z wytycznymi normy Pn-En ISo 15613 na przykładzie wytwarzania rur stosowanych w płaszczowo-ru- rowych wymiennikach ciepła. Biuletyn Instytutu Spawalnic- twa 5/2011. [2] Świerczyńska A., Rogalski G., Fydrych D.: Badania właści- wości i struktury spawanych austenitycznych rur wymienni- ków ciepła. Przegląd Spawalnictwa 6/2010. [4] www.secespol.pl [5] Hobler T.: Ruch ciepła i wymienniki. Wydanie V zmien. i uakt. WnT Warszawa 1979. [6] ASME Sec. VIII div. I: 2010 ASME Boiler and Pressure Ves- sel Code, Section VIII, Division 1: Rules for Construction of Pressure Vessels. [7] Pn-En 13445-3:2009: nieogrzewane płomieniem zbiorniki ciśnieniowe. Część 3. Projektowanie (oryg.). [8] ASME Sec. IX:2010 ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section IX: Welding and Brazing Qualifications. [9] Pn-En ISo 15609-1:2007. Specyfikacja i kwalifikowanie technologii spawania metali. Instrukcja technologiczna spa- wania. Część 1. Spawanie łukowe. [10] En 287-1 (prEn ISo 9606-1): Spawalnictwo. Egzaminowa- nie spawaczy. Stale. [11] En 287-2: Spawalnictwo. Egzaminowanie spawaczy. Alumi- nium i stopy aluminium. [12] Pn-En ISo 9606-3:2001. Egzaminowanie spawaczy. Część 3. Miedź i stopy miedzi. [13] Pn-En ISo 9606-4:2001. Egzaminowanie spawaczy. Część 4. nikiel i stopy niklu. [14] Pn-En ISo 9606-5:2002. Egzaminowanie spawaczy. Część 5. Tytan i stopy tytanu, cyrkon i stopy cyrkonu. [15] Pn-En 1418:2000. Personel spawalniczy. Egzaminowa- nie operatorów urządzeń spawalniczych oraz nastawia- czy zgrzewania oporowego dla w pełni zmechanizowanego i automatycznego spajania metali. [16] Pn-En 29692:1997. Spawanie łukowe elektrodami otulony- mi, spawanie łukowe w osłonach gazowych i spawanie ga- zowe. Przygotowanie brzegów do spawania stali. [17] Pn-En 1708-1:2010. Spawanie. Podstawowe rozwiązania stalowych połączeń spawanych. Część 1. [18] CR ISo 15608:2002. Spawanie. Wytyczne systemu podzia- łu materiałów metalowych na grupy. [19] Pn-En ISo 15614-1:2008. Specyfikacja i kwalifikowanie technologii spawania metali. Badanie technologii spawania. Część 1: Spawanie łukowe i gazowe stali oraz spawanie łu- kowe niklu i stopów niklu. [20] Pn-En 439:1999. Materiały dodatkowe do spawania. Gazy i mieszaniny gazów do spawania i procesów pokrewnych. [21] Pn-En ISo 14175:2009. Materiały dodatkowe do spawa- nia. Gazy i mieszaniny gazów do spawania i procesów po- krewnych. [22] Pn-En 970:1999. Spawalnictwo. Badania nieniszczące złą- czy spawanych. Badania wizualne. [23] Pn-En 571-1:1999. Badania nieniszczące. Badania pene- tracyjne. Zasady ogólne. [24] Pn-En 1435:2001 Badania nieniszczące złączy spawa- nych. Badania radiograficzne złączy spawanych. [25] Pn-En 1321:2000. Spawalnictwo. Badania niszczące me- talowych złączy spawanych. Badania makroskopowe i mi- kroskopowe złączy spawanych.