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 15614-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)
-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.
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 10042 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.
Az utobbi varratnál vigyázat: a koronasor melletti sötéten maródó hőhatásban, biztosan magas a keménység!
Következnek a hibás varratok- !
Az ömledékben anyagfolytonossági hiány!
A rossz kialakítású varrat itt éppen csak átolvadt!
Az előző varrat egy másik metszetben: az elégtelen átolvadás következtében a gyökből repedések indultak ki
Kétoldali szélkiolvadás
Gyökoldali beszívódás
Koronaoldali beszívódás
Vékony lemez esetén túlzott nagy varrat a korona- és a gyökoldalon egyaránt
Éleltolódás
Az elégtelen átolvadás következtében, repedés alakult ki a varratban
Ázsiai gyártmányú hosszvarratos horganyzott acélcső, az egyedi gyökkialakítás következtében a varratok környezetében rövid idő alatt korróziós károsodás kezdődik
Nézzünk néhány kötéshibát!
Az 50 mm vastag lemez varratába 3 db kötéshiba is belefért!
Az eltérő vastagságú lemezek hegesztése sokszor okoz gondot
A nikket bázisú szuperötvözet lézerhegesztett varrata nagyon szép kialakítású
Jobban megnézve a hőhatásövezetet mégsem olyan kitűnő ez a varrat!
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
Vékony lemez és egysoros varrat, a gyök beolvadása itt is elégtelen
Ennél a varratnál szinte sehol sincs beolvadás
Az elégtelen átolvasztás következtében kötéshiba is kialakult!
Elégtelen beolvasztás és gázpórus
Még mindig gyökoldali beolvadási hiba
A varrat felső oldalán az átolvadás is elégtelen
Két oldalról hegesztett sarokvarratok következnek
Szép szimmetrikus varrat, kár, hogy hibás
Gyökoldali beolvadási hiba mindkét oldalon!
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
A gyöknél összeolvadási hiba
Beolvadási hiba
Egy újabb beolvadási hiba
Folytassuk néhány különleges esettel:
Érdekes varratkialakítás, több hibával
Sárgaréz hegesztési varrat, elégtelen beolvadással
Szintén sárgaréz varrat, egy kis gázpórussal
A csaphegesztés gyakran nem sikerül elsőre, mert az előírások szerint a varratkitöltés minimum 80 % kell legyen
Ez még elfogadható
Ez viszont már nem
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
Egy nagyon hibás
És egy majdnem jó
Egy szelep és szelepszárat dörzshegesztett kötéssel egyesítettek. A szelep korrózióálló acél a szelepszár pedig szénacél. Három különböző nagyításban mutatjuk be a kötést.
A három felvétel példa egy jó dörzshegesztésre.
Szénacél csőre felrakott Inconel réteg néhány kötéshibával
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
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
Szigma-fázis kiválás a hőhatásövezetben.
Budapest, 2010. május
ÁEF Anyagvizsgáló Laboratórium Kft
1112 Budapest, Budaörsi út 45.
(1) 309 2621
