PORÓWNANIE KRYTERIÓW JAKOŚCI BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH RUR METODĄ PROSTOPADŁĄ I ELIPTYCZNĄ WG NORMY PN-EN 1435

Transkrypt

1 PORÓWNANIE KRYTERIÓW JAKOŚCI BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH RUR METODĄ PROSTOPADŁĄ I ELIPTYCZNĄ WG NORMY PN-EN WPROWADZENIE. CEL BADAŃ. Dr inż. Ryszard ŚWIĄTKOWSKI Mgr inż. Jacek HARAS Dokonując porównania normy PN-EN 1435 [1] z poprzedzającą ją normą PN-72/M [2] stwierdzić należy, że norma europejska w sposób znaczący rozszerzyła metody badań radiograficznych w odniesieniu do złączy spawanych. Funkcjonująca przez ponad 30 lat Polska Norma obejmowała różne sposoby radiograficznych badań złączy spawanych doczołowych w układach przez jedną i dwie ścianki. Norma PN-EN 1435, która weszła do zbioru Norm Polskich w 1997 r. nie zmieniła tych zasadniczych układów badań, natomiast wprowadziła dodatkowo: - badania złączy spawanych ze spoinami pachwinowymi, co poszerza zakres badań o badania króćców, - badania złączy spawanych o różnych grubościach, - badania złączy spawanych metodą prostopadłą. Norma Europejska ponadto wykazuje dążność do uzyskiwania większych dokładności (wykrywalności) badań, co jest bardzo istotne w obecnie wykonywanych konstrukcjach spawanych o dużej odpowiedzialności. Celem niniejszej pracy były badania radiograficzne złączy spawanych rur o średnicach D 100mm metodą prostopadłą i porównanie wyników tych badań z wynikami badań eliptycznych. Analizę i wnioski z badań przeprowadzono na podstawie dwóch kryteriów określających jakość badań radiograficznych: - wykrywalności wskaźnikowej (W) - gęstości optycznej radiogramu (D) 2. ZAŁOŻENIA WYNIKAJĄCE Z WYMAGAŃ NORMY PN-EN 1435 I KRYTERIA OCENY. Norma ta w punkcie wprowadza technikę prześwietlania prostopadłego złączy spawanych (rys. 1a) określając w sposób nieprecyzyjny, że można technikę tę stosować dla średnic De 100 mm, stosując zgodnie z wymaganiami trzy naświetlania przesunięte po obwodzie o kąt 120º lub 60º. 1

2 Rys.1. Układy badań przy prześwietlaniu metodą prostopadłą (a) i eliptyczną (b). Metodę eliptyczną badań złączy spawanych (rys. 1b) norma przedstawia w punkcie nie zalecając stosowania tej techniki w przypadku średnic zewnętrznych De > 100 mm i grubości ścianki Ł > 8 mm przy szerokości spoiny powyżej De/4. Nachylenia wiązki promieniowania powinny być jak najmniejsze oraz takie, by zapobiec nakładaniu się obrazów. Odległość między dwoma obrazami spoiny powinna być w przybliżeniu równa szerokości spoiny. Odległość źródło promieniowania obiekt (f) należy utrzymać jak najmniejszą. Układy ekspozycji radiograficznych w metodzie naświetlania prostopadłego przedstawiono na rys.2a, a w metodzie eliptycznej na rys.2b. Rys.2. Układy ekspozycji radiograficznych naświetlania prostopadłego (a) i eliptycznego (b) Ocenę badań przeprowadzono biorąc pod uwagę oba kryteria dotyczące jakości radiogramów: wykrywalność (W) i zaczernienie kliszy (D). Kryterium zaczernienia jest związane z klasami technik radiograficznych A i B, co przedstawia tablica 1. 2

3 Tablica 1. Wymagane wartości gęstości optycznej radiogramów wg PN-EN 1435 Klasy Gęstość optyczna 1) A B 2,0 2) 2,3 3) 1) Dopuszczalna jest tolerancja pomiarowa ±0,1 2) Można zmniejszyć do 1,5 po specjalnym uzgodnieniu między stronami umowy. 3) Można zmniejszyć do 2,0 po specjalnym uzgodnieniu między stronami umowy. Oprócz kryterium zaczernienia norma ustala również kryterium wykrywalności (dokładności) badań. Ustala się to przy użyciu pręcikowych wskaźników jakości obrazu (), w zależności od grubości elementów oraz technik badań A i B, co przedstawia tablica 2. Tablica 2. Wielkości pręcików przy prześwietlaniu przez 2 ścianki wg PN-EN Wskaźnik umieszczony od strony błony Klasa A jakości obrazu Klasa B jakości obrazu Grubość nominalna t Wielkość 1) Grubość nominalna t Wielkość 1) mm mm do 1,2 powyżej 1,2 do 2,0 powyżej 2,0 do 3,5 powyżej 3,5 do 5,0 powyżej 5,0 do 10 powyżej 10 do 15 powyżej 15 do 22 powyżej 22 do 38 powyżej 38 do 48 powyżej 48 do 60 powyżej 60 do 85 powyżej 85 do 125 powyżej 125 do 225 powyżej 225 do 375 powyżej 375 W 18 W 17 W 16 W 15 W 14 W 13 W 12 W 11 W 10 W 9 W 8 W 7 W 6 W 5 W 4 do 1,5 powyżej 1,5 do 2,5 powyżej 2,5 do 4,0 powyżej 4,0 do 6,0 powyżej 6,0 do 12 powyżej 12 do 18 powyżej 18 do 30 powyżej 30 do 45 powyżej 45 do 55 powyżej 55 do 70 powyżej 70 do 100 powyżej 100 do 180 powyżej 180 do 300 powyżej 300 W 19 W 18 W 17 W 16 W 15 W 14 W 13 W 12 W 11 W 10 W 9 W 8 W 7 W 6 3. WYKONANIE BADAŃ. Badania przeprowadzono na 6-ciu złączach rurowych o średnicach w zakresie De < 100 mm zawierających wady różnych typów: D 16 x 2 łańcuch pęcherzy gazowych na około 30% obwodu, D 20 x 2,5 przyklejenia oraz pojedyncze pęcherze gazowe po obwodzie, D 32 x 3,5 podtopienie lica na 40% obwodu i dwa przyklejenia 5-6 mm, D 48 x 4 brak przetopu na ok.. 25% obwodu, D 58 x 5,5 podtopienia lica ok. 20% obwodu oraz brak przetopu ok. 20 mm, D 76 x 5,5 brak przetopu ok. 40% obwodu. Obwody spoin badanych rur zostały specjalnie oznakowane, dla lepszej identyfikacji wad na radiogramach. 3

4 Zastosowano 2 rodzaje klisz radiograficznych: C4 i C7 firmy AGFA zgodnie z PN-EN [3] oraz wskaźniki jakości obrazu typu 10 Fe EN i 13 Fe EN zgodnie z PN-EN [4]. Badania przeprowadzono aparatem rentgenowskim Andrex Obserwacje radiogramów i ocenę prowadzono z użyciem negatoskopu SEMAT SE-27 spełniającym wymagania normy PN-EN [5]. Ocenę zaczernienia klisz wykonano przy pomocy densytometru DIGIT-X o zakresie pomiarowym D = 0 4 z dokładnością do 0,05. Wyniki przeprowadzonych badań obu metodami ujęto w tablicy 3 (dla kliszy typu C7) oraz w tablicy 4 (dla kliszy typu C4). Tablica 3. Wyniki porównawczych badań radiograficznych złączy spawanych rur metodami: prostopadłą i eliptyczną według PN-EN 1435 z zastosowaniem kliszy typu C7 Metoda prostopadła Metoda eliptyczna Lp Rura Kierunek Zaczernienie D Zaczernienie Wady Kierunek D e x ekspozyc ekspozyc Wad D t ji ji y [mm] [ 0 ] Błona Spoin a [ 0 ] Błona Spoin a 1 0 W16 3,2 2, W17 3,0 1, W16 2,4 1,78 0,5 3 16x2 +60 W16 2,8 1, W16 3,0 2, W16 3,1 2,1 0, W15 2,9 1, W16 3,2 2,0 0,5 6 0 W17 2,1 1,9 + 0 W16 2,9 2, W16 2,8 1,8 0,5 8 20x2,5 +60 W16 1,95 1,45 0, W16 2,4 1, W15 3,0 2,16 0, W16 3,0 1, W15 2,8 2,2 0, W15 2,65 2,1 + 0 W16 2,4 1, W15 2,7 1, x3,5 +60 W15 3,0 2,4 0, W15 2,85 2, W16 2,6 1,85 0, W15 2,7 2,15 0, W15 2,4 1,75 0, W15 2,6 2,0 0 0 W16 2,15 1, W15 2,24 1,85 0, x4 +60 W15 2,1 1,58 0, W15 2,15 1,68 0,5-120 W15 2,0 1, W16 2,2 1, W16 2,3 1, W15 2,8 2,2 0,5 0 W15 2,8 2,2 0, W15 2,95 2,18 0, x5,5 +60 W15 3,05 2, W15 3,15 2,4 0,5-120 W15 2,9 2, W15 3,2 2, W15 2,95 2, W16 2,9 2, W16 3,2 2, W16 3,05 2, x5,5 +60 W16 3,2 2,6 0, W15 3,1 2,45 0,5-120 W16 3,0 2, W16 3,0 2, W16 2,9 2,3 0,5 Uwaga: w rubryce wady poszczególne cyfry i symbole oznaczają: + wada widoczna w całości 0 wada nie widoczna 0,5 wada widoczna w ok. 50% 0,25 wada widoczna w ok. 25% 4

5 Tablica 4. Wyniki porównawczych badań radiograficznych złączy spawanych rur metodami: prostopadłą i eliptyczną według PN-EN 1435 z zastosowaniem kliszy typu C4 Lp Rura D e x t [mm] Kierunek ekspozycji [ 0 ] Metoda prostopadła Zaczernienie D Błona Spoina Wady Kierunek ekspozycji [ 0 ] Metoda eliptyczna Zaczernienie D Błona Spoina Wady 1 0 W16 2,76 1, W17 3,2 2, W16 3,15 1,85 0, x2 +60 W16 2,93 1, W16 3,19 1, W16 2,8 2,15 0, W16 2,96 1, W16 2,6 1,95 0,5 6 0 W17 2,7 1, W16 2,65 1, W17 3,0 1,75 0,5 8 20x2,5 +60 W17 2,68 1,63 0, W16 3,3 1,78 0,5-120 W16 3,1 2,4 0, W16 3,4 1, W16 2,95 2,05 0, W16 1,84 1, W16 2,9 2, W16 3,2 2, x3,5 +60 W15 3,2 1,98 0, W16 3,1 2,2 0,5-120 W16 3,2 2, W15 3,2 2, W16 3,1 2,42 0, W14 2,2 1, W15 2,3 1, W15 2,05 1,50 0, x4 +60 W15 2,1 1,50 0, W15 2,6 1, W15 2,55 2, W16 2,25 1, W15 2,48 2, W16 2,6 1,66 0,5 0 W15 2,6 1,98 0, W15 3,0 2,42 0, x5,5 +60 W15 2,9 2, W15 2,7 2,05 0, W15 2,15 1, W16 2,6 2, W15 2,20 1, W16 3,0 2, W16 2,92 2, W16 2,8 2, x5,5 +60 W16 2,6 2,0 0, W16 2,76 1,98 0, W16 2,90 2, W16 2,82 2, W16 2,40 2,10 + Uwaga: w rubryce wady poszczególne cyfry i symbole oznaczają: + wada widoczna w całości 0 wada nie widoczna 0,5 wada widoczna w ok. 50% 0,25 wada widoczna w ok. 25% 4. ANALIZA BADAŃ. Analizę przeprowadzonych badań radiograficznych metodą prostopadłą i eliptyczną z użyciem klisz C7 i C4 wykonano na podstawie: - porównania kryterium wykrywalności w miejscu materiału oraz spoiny, 5

6 - porównania zaczernienia w miejscu materiału oraz spoiny, - porównania identyfikacji wadliwości w obu metodach badań. Dokonując takich porównań należało stwierdzić w jakich wielkościach procentowych zostały spełnione wymagania normy PN-EN 1435 dla klasy badań A i B, a w przypadku identyfikacji wadliwości jakie (w przybliżeniu) wymiary wad zostały zidentyfikowane, choć ostateczna weryfikacja następowała po przecięciu złączy spawanych Wykrywalności pręcikowe na kliszy C7: Metoda prostopadła: klasa A 100%, klasa B 84% Metoda eliptyczna: klasa A 100%, klasa B 78% 4.2. Wykrywalności pręcikowe na kliszy C4: Metoda prostopadła: klasa A 100%, klasa B 80% Metoda eliptyczna: klasa A 100%, klasa B 97% 4.3. Gęstości optyczne na kliszy C7 (materiał): Metoda prostopadła: klasa A 97%, klasa B 80% Metoda eliptyczna: klasa A 100%, klasa B 97% 4.4. Gęstości optyczne na kliszy C7 (spoina): Metoda prostopadła: klasa A 56%, klasa B 36% Metoda eliptyczna: klasa A 61%, klasa B 38% 4.5. Gęstości optyczne na kliszy C4 (materiał): Metoda prostopadła: klasa A 97%, klasa B 90% Metoda eliptyczna: klasa A 100%, klasa B 97% 4.6. Gęstości optyczne na kliszy C4 (spoina): Metoda prostopadła: klasa A 57%, klasa B 16% Metoda eliptyczna: klasa A 83%, klasa B 45% 4.7. Identyfikacja wadliwości na radiogramach: Klisza C7 Metoda prostopadła 70%; Metoda eliptyczna 94% Klisza C4 Metoda prostopadła 34%; Metoda eliptyczna 97% 4.8. Porównanie wykrywalności w układach badań: 60º i 120º dla metody prostopadłej: Klisza C7 kąty ekspozycji - 60º i + 60º Klisza C7 kąty ekspozycji - 120º i + 120º Klisza C4 kąty ekspozycji - 60º i + 60º Klisza C4 kąty ekspozycji - 120º i + 120º 6

7 5. WNIOSKI 5.1. Badania porównawcze złączy spawanych rur metodami prostopadłą i eliptyczną zgodnie z normą PN-EN 1435 nastręczają dużych trudności w pozycjonowaniu aparatury w stosunku do badanego złącza stąd w badaniach realnych konstrukcji występują duże utrudnienia związane z geometrią badań Rozpatrując wyniki wykrywalności w klasie A nie stwierdza się żadnej różnicy między metodą prostopadłą i eliptyczną zarówno dla kliszy C7 jak również C4 i warunki normy zostały spełnione w 100%. W klasie B dla kliszy C4 w metodzie eliptycznej uzyskano wyniki o 20% lepsze niż dla kliszy C Badania porównawcze z uwzględnieniem gęstości optycznej wykazały niewielkie różnice między obrazami uzyskanymi na kliszach C7 i C4 w rejonach materiału rodzinnego rur, natomiast większe różnice występują na spoinach. W obu przypadkach (C7 i C4) lepsze wyniki uzyskano dla metody eliptycznej Porównując identyfikację wadliwości na radiogramach stwierdzić należy zdecydowanie lepsze wyniki w metodzie eliptycznej, gdzie dla obu klisz uzyskano identyfikację: 94% (C7) i 97% (C4) Porównując w metodzie badań prostopadłych problem wykrywalności dla kierunków ekspozycji 0º, - 60º, + 60º z kierunkami 0º, - 120º, + 120º, otrzymano wyniki identyczne. 6. LITERATURA 1. PN-EN 1435:2001. Badania nieniszczące złączy spawanych. Badania radiograficzne złączy spawanych. 2. PN 72/M Radiografia przemysłowa. Radiogramy spoin czołowych w złączach doczołowych ze stali. Wymagania jakościowe i wytyczne wykonania. 3. PN-EN Filmy do radiografii przemysłowej. Część1: Klasyfikacja systemów filmów dla radiografii przemysłowej. 4. PN-EN Badania nieniszczące. Jakość obrazu radiogramów. Część 3: Klasyfikacja wskaźników jakości dla metali żelaznych. 5. PN-EN Badania nieniszczące. Przemysłowe negatoskopy radiograficzne. Wymagania minimalne. 7