Nawet w najlepiej wyglądającej spoinie mogą występować niezgodności spawalnicze, które czasem powodują pojawienie się nieszczelności. Dlatego, oprócz wielu aspektów odpowiedniego przygotowania do spawania, powinno się przeprowadzać badania szczelności.

Podczas produkcji kotłów grzewczych c.o. wykonywanych ze stali konieczne jest zastosowanie procesów spawalniczych. Dawniej do tego celu służyło głównie ręczne spawanie elektrodą otuloną (metoda MMA). Niosła ona jednak ze sobą szereg niedogodności, m.in. konieczność oczyszczenia spoiny z powstającej szlaki (żużla), niezbyt szybki proces czy wymuszone przerywanie spawania, aby wymienić elektrodę na nową. Obecnie w branży kotlarskiej najczęściej spawa się metodą MAG (półautomatyczne spawanie elektrodą topliwą z zastosowaniem ochrony gazowej – najczęściej CO2 lub mieszanką argonu z CO2) – pokazano to na fotografii 1.

Wilk202-1

Z racji tego, że końcowego efektu podczas spawania nie można do końca przewidzieć, a także w prosty i tani sposób sprawdzić, proces ten zwany jest specjalnym [1]. Zgodnie z PN-EN ISO 3834-3 należy przeprowadzić kontrolę przed, w trakcie i po spawaniu, która dotyczy tak naprawdę całokształtu robót z danym elementem, od weryfikacji materiałów podstawowych po gotowy wyrób [2]. Faktem jest, że nawet przy najszczerszych chęciach spawacza, który stara się wykonać prawidłowe złącze spawane (czyli takie, które jest wolne od niezgodności spawalniczych), mogą pojawić się one we wnętrzu spoiny. Pozwolę sobie przytoczyć słowa jednego z profesorów (jeszcze z czasów studiów): „Spoina jest jak kobieta, nie ważne jest jej piękne i powabne lico, ale jej wnętrze”. I tak właśnie z nią jest, może wyglądać dobrze, a w jej wnętrzu będą znajdować się różnego rodzaju niezgodności spawalnicze, np. pęcherze, łańcuchy i gniazda pęcherzy, wtrącenia stałe czy przyklejenia. W połączeniu z niezgodnościami wychodzącymi na powierzchnię spoiny (pory – fot. 2, podtopienia, przepalenia czy pęknięcia) stwarzają możliwość powstania nieszczelności w złączu spawanym. Jak wiadomo, są one niedopuszczalne w kotłach c.o. Powodują m.in. ciągły wyciek cieczy roboczej i zalewanie kotła, a w konsekwencji pojawienie się korozji.

Wilk202-2

Przestrzegaj zasad!

W celu maksymalnego ograniczenia możliwości powstawania niezgodności spawalniczych w złączach spawanych powinno się przestrzegać kilku zasad, m.in.:

* stosować parametry spawania zgodnie z technologią (WPS),

* elementy przeznaczone do spawania powinny być suche i wolne od olejów czy tłuszczów, a także oczyszczone za pomocą szlifowania na odpowiednią odległość od miejsca spawania,

* dostarczyć w miejsce spawania właściwą ilość mieszanki gazu ochronnego (zbyt duża wprowadzi gaz przy wylocie z dyszy w ruch turbulentny, który spowoduje doprowadzenie powietrza do spoiny, a zbyt mała nie zapewni właściwej ochrony),

* podczas spawania wielościegowego, przed położeniem następnego ściegu powinno się oczyścić ścieg poprzedni.

Istnienia niezgodności nie da się uniknąć w 100%, dlatego ważną kwestią jest sprawdzenie (skontrolowanie) szczelności kotłów po wyprodukowaniu. Do tego celu służą badania nieniszczące. Można je podzielić na dwa etapy, pamiętając, że przed każdym realizuje się kontrolę wizualną wszystkich spoin. Pierwsze badanie przeprowadzane jest po zespawaniu tzw. wewnętrznego płaszcza (czyli tego, który ma kontakt ze spalinami lub żarem). Zaliczamy do niego próbę: nafty z kredą, penetracyjną lub ich kombinacje, czyli np. penetrant i kreda. W drugim etapie, po nałożeniu i pospawaniu płaszcza zewnętrznego (zamykającego płaszcz wodny), stosuje się najczęściej próbę pęcherzykową, a następnie wodną (hydrauliczną). Norma [3] dotycząca kotłów c.o. określa bezwzględnie, że powinny być one sprawdzane za pomocą próby wodnej o ciśnieniu sięgającym:

p = 2 * p1

gdzie p1 jest maksymalnym ciśnieniem roboczym.

Kontrola

Na czym polegają zatem poszczególne próby (badania)? Badanie wizualne pozwala na wychwycenie niezgodności powierzchniowych, a tym samym daje możliwość naprawy złącza przed kolejnym etapem produkcyjnym. Warto wspomnieć o samokontroli spawacza podczas pracy, czyli po wykonaniu spoiny – ogląda on pobieżnie wynik swojej pracy, aby wyeliminować (poprawić) ewentualne niezgodności, które są widoczne gołym okiem, np. podtopienia czy zaporowania.

Próba nafty z kredą polega na pomalowaniu lica spoin mieszaniną kredy z wodą (ewentualnie z rozcieńczalnikiem w celu szybkiego schnięcia). Po wyschnięciu ze strony grani smaruje się naftą – najczęściej barwioną (bądź penetrantem). Doświadczalnie można stwierdzić, że najlepsze własności wnikania nafty w szczeliny uzyskuje się, gdy ma ona temperaturę 40÷50°C. Nafta – podobnie jak penetrant – posiada bardzo dobre własności kapilarne. Ujawniają się tym, że dana substancja wnika w powstałe szczeliny, pęknięcia czy mikroskopijne kanaliki, często wbrew sile grawitacji. Zjawisko to jest istotne, ponieważ im mniejsza szczelina, tym głębiej może się przedostać (wniknąć). Po określonym czasie należy dokonać obserwacji spoin pomalowanych kredą – jeśli ujawnią się na niej wskazania (plamy bądź punkty), wiadomo, że w tym miejscu znajduje się nieszczelność (fot. 3). Należy wówczas dokonać naprawy spoiny poprzez wycięcie jej wraz z dokładnym oczyszczeniem, a także ponownym zespawaniem. Po tych czynnościach miejsce naprawiane powinno być ponownie sprawdzone.

Wilk202-3

Próba penetracyjna barwna (najczęściej stosowany kolor to czerwony) jest bardzo zbliżona do omówionej powyżej. Do jej przeprowadzenia stosuje się dozowniki w sprayu lub nanosi środek za pomocą pędzla (podobnie jak z naftę).

Czas penetracji jest uzależniony od grubości badanych elementów i wynosi przeważnie dla badania naftą ok. 2 h, a penetrantem – ok. 1 h (przy grubości ≤ 6 mm) [4].

Przed wykonaniem próby pęcherzykowej należy zaślepić wszystkie otwory, np. mufy zasilania, powrotu, spustu (najczęściej montujemy tu kranik), termomanometru czy ewentualnie miarkownika ciągu itp. Następnie do kotła wprowadza się sprężone powietrze, uzyskując odpowiednią wartość, sprawdzaną na manometrze. Kolejnym krokiem jest nakładanie na spoiny (na płaszczu zewnętrznym) mieszanki mydlin (mydła, płynu lub podobnie pieniącej się substancji). Operację te przeprowadza się za pomocą pędzla bądź delikatnego natrysku. W miejscu, gdzie znajduje się nieszczelność, pojawiają się pęcherzyki powietrza (fot. 4). Próbę realizuje się zawsze przed wodną, ponieważ ma ona mniejszą czułość i pozwala na szybką kontrolę pospawanego wymiennika. Ostateczna weryfikacja szczelności przeprowadzona jest dzięki próbie wodnej. Oczywiście, podobnie jak przy poprzednim badaniu, znalezienie nieszczelności powoduje konieczność naprawy. Najlepiej wykonać ją natychmiast, aby za pomocą kolejnej próby sprawdzić już naprawione miejsce.

Wilk202-4

Po przeprowadzeniu próby pęcherzykowej realizuje się próbę wodną. Ważną kwestią jest tutaj umiejętne napełnienie wymiennika czynnikiem roboczym pod ciśnieniem w taki sposób, aby nie utworzyła się poduszka powietrzna. Najprościej, za pomocą przelewu (czyli kocioł jest napełniany i ma otwarty zawór na króćcu znajdującym się najwyżej wymiennika). Woda zaczyna się przelewać, po czym zawór zostaje zamknięty, a po chwili ponownie otwarty, by ostatecznie usunąć powietrze z wnętrza. Woda nie może mieć obniżonej temperatury, dlatego że spowoduje powstawanie skroplin, które z kolei mogą utrudnić weryfikację, myląc kontrolera. Następnie po usunięciu powietrza „dobijamy” do określonej wartości, zgodnej z wytycznymi producenta i wspomnianą normą. Ciśnienie nie powinno być mniejsze niż 4 bary [5]. Po wytrzymaniu w określonym czasie przeprowadza się oględziny. Do tego celu powinno się dysponować przede wszystkim dobrym wzrokiem i przyrządami pomocniczymi, takimi jak: lampa, lusterko, latarka itp. Sprawdza się zarówno wnętrze, jak i płaszcz zewnętrzny kotła. Ujawnienie nieszczelności wymaga naprawy i kontroli według tych samych zasad.

Na zakończenie

Podsumowując, nawet w najlepiej wyglądającej spoinie mogą występować niezgodności spawalnicze, które czasem powodują pojawienie się nieszczelności. Dlatego oprócz wielu aspektów odpowiedniego przygotowania do spawania powinno się przeprowadzać badania szczelności (LT). Odpowiednio zrealizowane dają poczucie pewności i gwarancji za wykonany wyrób. Warto wspomnieć, iż wspomniane badania powinny być realizowane przez wykwalifikowany personel zgodnie z obowiązującymi normami.

Paweł Wilk

Literatura:

[1] PN-EN 3834 „Wymagania jakości dotyczące spawania materiałów metalowych”.

[2] J. Plewniak, P. Wilk, „Wybrane aspekty badań szczelności (LT) spawanych kotłów grzewczych w fazie ich produkcji. Projektowanie i konstrukcje inżynierskie”, „ITER”, nr 11/2013, s 52-57.

[3] PN-EN 12809 „Kotły grzewcze na paliwa stałe — Nominalna moc cieplna do 50 kW — Wymagania i badania”.

[4] J. Czuchryj, B Kurpisz, „Badanie złączy spawanych. Przegląd metod”, Wydawnictwo KaBe, Krosno 2009.

[5] PN EN 303-1 „Kotły grzewcze — Kotły grzewcze z palnikami nadmuchowymi — Terminologia, ogólne wymagania, badania i oznaczenie”.

Fot. 1. Spawacz stosujący metodę MAG.

Fot. 2. Zaporowana spoina.

Fot. 3. Wskazanie penetrantu w miejscu nieszczelności.

Fot. 4. Nieszczelność ujawniona dzięki tworzącym się pęcherzykom powietrza.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij