Kontrola szczelności złączy spawanych za pomocą próby pęcherzykowej z przyssawką próżniową

Kontrola szczelności złączy spawanych za pomocą próby pęcherzykowej z przyssawką próżniową
Fot. Adobe Stock. Data dodania: 20 września 2022

Szczelność połączeń spawanych jest wyzwaniem technicznym, do opanowania którego opracowano liczną grupę metod i technik badawczych. Z ich pomocą możliwe jest wykrywanie nieciągłości materiałowych na wskroś kontrolowanego obiektu, czyli nieszczelności.

Wprowadzenie

Szczelność połączeń spawanych jest wyzwaniem technicznym, do opanowania którego opracowano liczną grupę metod i technik badawczych. Z ich pomocą możliwe jest wykrywanie nieciągłości materiałowych na wskroś kontrolowanego obiektu, czyli nieszczelności. Spośród tych metod, ze względu na zalety, coraz szersze zastosowanie znajduje próba pęcherzykowa z przyssawką próżniową. Szczególnie w odniesieniu do złączy spawanych. W wykazie metod i technik badania szczelności, podanym w normie PN - EN 1779, próba pęcherzykowa z przyssawką próżniową należy do grupy metod wykorzystujących zmiany ciśnienia. Stosowaną technikę badania oznaczono symbolem C.3. Charakteryzuje ją wartość minimalnego, wykrywalnego w warunkach przemysłowych, przecieku równa 10-3 Pa m3/s.

Dla łatwiejszego wdrożenia tej metody badania konstrukcji spawanych do praktyki spawalniczej opracowano wytyczne jej stosowania [1], w oparciu o obowiązujące przepisy, oraz zaprojektowano i zbudowano urządzenie, dla którego ustalono ogólne i szczegółowe warunki kontroli szczelności złączy spawanych [2, 3, 4].

W artykule opisano zasady kontroli szczelności złączy spawanych za pomocą próby pęcherzykowej z przyssawką próżniową przy zastosowaniu do tego celu urządzenia UKS.

Charakterystyka kontroli

Badanie szczelności z wykorzystaniem próby pęcherzykowej z przyssawką próżniową polega na wykorzystaniu zjawiska przenikania gazu z ośrodka o ciśnieniu wyższym do ośrodka o ciśnieniu niższym w przypadku, gdy istnieje połączenie między tymi ośrodkami.

Kontrola złączy spawanych odbywa się w powietrzu atmosferycznym, przy wytworzonym podciśnieniu w nakładanej na badany odcinek komorze (rys.1).

Nieszczelności w złączu stanowią połączenie między ośrodkami o różnym ciśnieniu. W pokrytym pianotwórczym roztworem (detektorem cieczowym) złączu następuje przenikanie powietrza z atmosfery do komory poprzez nieszczelności, w wyniku oddziaływania różnicy ciśnień. Powoduje to powstanie pęcherzyka pozwalającego na zlokalizowanie nieszczelności.

Opisaną metodę badania szczelności można stosować w odniesieniu do takich wyrobów, jak: zbiorniki bezciśnieniowe na gazy i ciecze, silosy, cysterny na niezależnych podwoziach, bezciśnieniowe rurociągi i instalacje, dna zbiorników, pokrywy, części płaszczy różnego typu, kolana segmentowe, pojemniki, płaskie elementy statków itp. Metody nie stosuje się do badania szczelności urządzeń wysokociśnieniowych. Metoda pęcherzykowa z przyssawką próżniową nie zastępuje ciśnieniowej próby szczelności ani próby wytrzymałości konstrukcji.

Wady i zalety próby pęcherzykowej

Wady i zalety badania szczelności złączy spawanych za pomocą próby pęcherzykowej z przyssawką próżniową zestawiono w tablicy 1 [1].

Jak wynika z analizy tablicy 1, próba pęcherzykowa z przyssawką próżniową może stanowić alternatywę dla badania szczelności takimi metodami, jak: za pomocą sprężonego powietrza, kredy i nafty, penetranta czy amoniaku gazowego i fenoloftaleiny.

Urządzenie UKS do kontroli szczelności złączy spawanych

Do kontroli szczelności złączy spawanych, za pomocą próby pęcherzykowej z przyssawką próżniową, zaprojektowano i zbudowano w Instytucie Spawalnictwa urządzenie UKS, którego schemat pokazano na rysunku 2.

Urządzenie składa się z dwóch podstawowych podzespołów: przyssawki próżniowej (wymienne komory próżniowe) i pompy ssącej. Komora próżniowa ogranicza przestrzeń, w której wytwarzane jest podciśnienie robocze. Komora zbudowana jest z przeźroczystej płyty obserwacyjnej i uszczelki (z reguły gumowej lub z tworzywa sztucznego). Przeźroczysta płyta umożliwia obserwację badanego odcinka złącza podczas procesu kontroli. Natomiast uszczelka, ściśle przylegając do złącza, izoluje objętość komory od otoczenia. W płytę obserwacyjną każdej komory wbudowano łącznik do elastycznego przewodu oraz zawór zapowietrzający. Pompa ssąca wytwarza w komorze wymagane podciśnienie przez wypompowanie z niej powietrza poprzez elastyczny przewód łączący łącznik z pompą. Zawór umożliwia zapowietrzenie komory po przeprowadzeniu kontroli, jak również regulację w niej ciśnienia poprzez odpowiednie ustawienie pokrętła. Aby zapewnić właściwe warunki obserwacji tworzących się pęcherzy, komory wyposażono w diodowe oświetlenie o regulowanym natężeniu. Umożliwia to przeprowadzenie kontroli w dowolnych warunkach oświetlenia środowiska pracy operatora. W obecnej wersji urządzenia wykonywane są komory podłużne o trzech długościach odcinka przydatnego do kontroli (92 cm, 75 cm i 50 cm) oraz komora okrągła o średnicy wewnętrznej 21 cm. Masa komór wynosi odpowiednio: ok. 12 kg, 10 kg, 7 kg i 3 kg. Komory podłużne przeznaczone są do kontroli płaskich złączy doczołowych. Z kolei komora okrągła przeznaczona jest do badania złączy doczołowych krzyżujących się oraz złączy na powierzchniach zakrzywionych (np. sferycznych) (rys.3).

Badanie złączy płaskich za pomocą komory okrągłej jest oczywiście możliwe, ale odcinek przydatny do kontroli wynosi zaledwie 21 cm. Jak widać, komora okrągła charakteryzuje się dużą uniwersalnością. Jednak podczas badania złączy płaskich komory podłużne charakteryzują się dużo większą wydajnością. Zarówno komory podłużne, jak i komora okrągła umożliwiają kontrolę szczelności spoin pachwinowych w złączach zakładkowych (nakładkowych), przy czym grubość materiału podstawowego zakładki nie powinna być większa niż 20 - 12 mm.

Wymagania ogólne kontroli szczelności

Kwalifikacje personelu


Kontrola szczelności złączy spawanych za pomocą próby pęcherzykowej z przyssawką próżniową powinna być wykonywana przez osoby charakteryzujące się wystarczającą wiedzą i umiejętnościami. Z tego powodu zaleca się certyfikowanie personelu zgodnie z wymaganiami normy PN - EN ISO 9712 lub równoważnej. Do wykonywania kontroli dopuszcza się również osoby nie certyfikowane, ale po przeszkoleniu w zakresie omawianej metody badania i obsługi urządzenia UKS, udokumentowanym odpowiednim zaświadczeniem.

Indykator

W metodzie pęcherzykowej z przyssawką próżniową zaleca się stosowanie powietrza jako indykatora (wykrywacza) nieszczelności. Dopuszcza się również stosowanie gazu obojętnego (np. azotu). W tym jednak przypadku należy uwzględnić czynniki bezpieczeństwa operatorów, związane z możliwością wystąpienia niedoboru tlenu w atmosferze otaczającej stanowisko badawcze.

Temperatura powierzchni

Temperatura powierzchni przeznaczonej do kontroli szczelności powinna mieścić się w zakresie od +10oC do +50oC Dopuszcza się stosowanie temperatury innej niż zalecana, jednak nie niższej niż +5oC. W niższej temperaturze istnieje niebezpieczeństwo kondensacji pary wodnej na badanych powierzchniach i w nieszczelnościach. Może to uniemożliwić powstanie pęcherza stanowiącego zobrazowanie istniejącej nieszczelności. Dla utrzymania temperatury w podanym zakresie dopuszcza się lokalne podgrzewanie lub chłodzenie kontrolowanego obszaru.

W przypadku, gdy przestrzeganie ograniczeń temperatury powierzchni jest z technicznego i ekonomicznego punktu widzenia utrudnione, mogą być stosowane inne temperatury, podane w instrukcji (procedurze) badania jako odpowiednie.

Wymagania w zakresie złączy spawanych

Wysokość nadlewu oraz grani spoin czołowych, w złączach przeznaczonych do kontroli szczelności za pomocą próby pęcherzykowej z przyssawką próżniową, powinna być zgodna z normami dotyczącymi stosowania i łagodnie przechodzić do materiału podstawowego (spawanego). Lico spoin pachwinowych powinno być płaskie lub lekko wklęsłe i również łagodnie przechodzić do materiału podstawowego. W stosunku do spoin otworowych specjalnych wymagań nie ustala się. Łagodne przejścia spoin do materiału podstawowego ułatwiają przyleganie uszczelki przyssawki próżniowej do złącza oraz przedłużają jej żywotność.

Spoinę przeznaczoną do badań szczelności oraz przylegającą do niej z obu stron strefę o szerokości co najmniej 40 mm należy dokładnie oczyścić z żużla, rdzy, farby, smarów, zgorzeliny i śladów rozprysku stopiwa.

Uwaga: pozostawione na powierzchni złączy zanieczyszczenia mogą przesłaniać tworzące się pęcherzyki lub powodować powstawanie wskazań fałszywych.

Ciecze wykrywające

Do badania szczelności za pomocą próby pęcherzykowej z przyssawką próżniową powinny być stosowane ciecze (roztwory pianotwórcze) powierzchniowo czynne. Ciecze wykrywające powinny być nielotne, tzn. nie powinny wysychać w temperaturze stosowanej podczas badania. Powinny być lepkie i nie pienić się przy wytworzonym podciśnieniu. Ciecze dostępne w handlu, ale nie przeznaczone do badania szczelności, nie powinny być stosowane, o ile ich przydatność do badania nie została wcześniej wykazana (np. przez badanie typu, porównanie z własnościami cieczy uznanej). W przypadku wystąpienia przecieku gazu pęcherzyki powinny utrzymywać swój kształt przez czas trwania badania. Podczas badania powierzchni pionowych można lepkość cieczy wykrywającej zwiększyć, jeżeli jest to konieczne, stosując odpowiednie metody. Ciecz wykrywająca powinna wykazywać zgodność z materiałami konstrukcyjnymi kontrolowanych obiektów (wyrobów).

Zanieczyszczona ciecz wykrywająca lub ciecz ulegająca podczas badania samoistnemu spienieniu może powodować mylne wskazania. Z tego powodu zaleca się, aby jej stosowanie było zabronione.

Warunki kontroli i jej przeprowadzenie

Warunki kontroli szczelności złączy spawanych za pomocą urządzenia UKS ustalono dla roztworu pianotwórczego, jaki stanowi woda z mydłem i gliceryną w proporcji: woda - 1 litr, mydło toaletowe 0,50 g, gliceryna - 5 g. Warunki kontroli stanowią: zastosowana różnica ciśnień, czas jej utrzymania, temperatura cieczy wykrywającej (roztworu pianotwórczego) i natężenie oświetlenia badanej powierzchni.
  • Różnica między ciśnieniem powietrza atmosferycznego a ciśnieniem powietrza w komorze próżniowej (wartość podciśnienia) nie może być niższa od 50 kPa.

  • Czas utrzymania różnicy ciśnień powinien wynosić co najmniej 30 sekund.

  • Temperatura cieczy wykrywającej nie powinna być niższa niż +20oC.

  • Natężenie oświetlenia badanej powierzchni złącza spawanego powinno wynosić co najmniej 500 lx.
Na powierzchnię przygotowanego do badania złącza spawanego należy nanieść (miękkim pędzlem, przez natryskanie lub innymi sposobami) powierzchniowo czynną ciecz wykrywającą. Kontrola szczelności złącza za pomocą urządzenia UKS polega na nałożeniu komory próżniowej (przyssawki próżniowej) na badany odcinek, jej dociśnięciu, wypompowaniu powietrza i obserwacji tworzenia się pęcherzy (rys. 4).

Powstające pęcherze stanowią wskazania od nieciągłości na wskroś złącza. Należy zatem wnioskować o występowaniu w tych miejscach nieszczelności. Następnie komorę zapowietrza się, przekłada na kolejny odcinek złącza i powtarza opisane czynności.

Obserwacji powstających pęcherzy dokonuje się okiem nieuzbrojonym, w zakresie odległości oka obserwatora od badanej powierzchni od około 10 cm (punkt bliży) do max 60 cm, pod kątem (mierzonym w odniesieniu do obserwowanej powierzchni) w zakresie od 30o do 90o. Dla polepszenia kąta widzenia można stosować środki pomocnicze w postaci lusterek, lup, lunet, endoskopów, układów włóknowych lub innych odpowiednich przyrządów. Zaleca się, aby rozdzielczość tych przyrządów była, co najmniej, równoważna rozdzielczości uzyskiwanej przy badaniu okiem nieuzbrojonym.

Jeżeli jest to wymagane, wyniki kontroli szczelności złączy spawanych za pomocą próby pęcherzykowej z przyssawką próżniową powinny być ujęte w sprawozdaniu z badania (protokóle badania). Sprawozdanie powinno zawierać co najmniej: identyfikator badanego obiektu i złącza, rodzaj zastosowanej cieczy wykrywającej, zastosowaną różnicę ciśnień (podciśnienie), czas utrzymania różnicy ciśnień, temperaturę cieczy wykrywającej, temperaturę badanej powierzchni, natężenie oświetlenia badanej powierzchni, opis lub sposób określania miejsc z nieszczelnościami (wyniki badania), imię i nazwisko operatora, datę kontroli, certyfikat operatora.

Podsumowanie

Opracowanie i zbudowanie urządzenia UKS uzupełniło częściowo lukę w zakresie możliwości kontroli szczelności złączy spawanych za pomocą próby pęcherzykowej z przyssawką próżniową. Umożliwiło to szersze wykorzystanie metody pęcherzykowej w praktyce przemysłowej, w szczególności w odniesieniu do tych wyrobów, których podstawowym warunkiem dopuszczenia do eksploatacji jest szczelność wykonanych połączeń spawanych. Urządzenie cechuje prostota zastosowanych rozwiązań konstrukcyjnych oraz spełnienie wymagań przedstawionych w normach PN - EN 1779 i PN - EN 1593. Niewątpliwą zaletą urządzenia jest fakt stosowania do badania środków przyjaznych dla środowiska naturalnego oraz łatwa i bezpieczna jego eksploatacja.

Rozwiązanie konstrukcyjne urządzenia UKS znalazło uznanie Urzędu Patentowego Rzeczpospolitej Polskiej. Decyzją nr DT/Wp.20509/6/EDO z dnia 12.03.2013 r. udzielono Instytutowi Spawalnictwa w Gliwicach prawa z rejestracji na wzór przemysłowy pt. "Urządzenie do kontroli szczelności złączy spawanych za pomocą próby pęcherzykowej z komorą próżniową".

Urządzenie UKS poddano krytycznej ocenie na targach wynalazczości, które odbyły się w Paryżu w maju br. oraz na Międzynarodowych Targach Poznańskich w czerwcu również bieżącego roku. W wyniku tej oceny, w obu przypadkach, urządzenie wyróżniono złotym medalem, co zostało potwierdzone stosownym dyplomem (rys. 5 i 6).

Urządzenie UKS znalazło swoich nabywców. Z powodzeniem jest wykorzystywane w codziennej praktyce przemysłowej przez zainteresowane przedsiębiorstwa. Warto podkreślić, że jest systematycznie modernizowane. W nieodległej przyszłości planuje się kolejne rozszerzenie oferty handlowej o nowe rozwiązania i nowe zastosowania komór próżniowych.

LITERATURA:

1. Czuchryj J.: Kontrola szczelności złączy spawanych za pomocą próby pęcherzykowej z przyssawką próżniową. Wytyczne Instytutu Spawalnictwa nr W - 12/IS - 57.

2. Czuchryj J.: Urządzenie do kontroli szczelności złączy spawanych metodą próżniową. Prace Instytutu Spawalnictwa, 1982, nr 4,.

3. Czuchryj J.: Urządzenie do kontroli szczelności metodą próżniową połączeń spawanych. Przegląd Spawalnictwa, 1984, nr 1.

4. Czuchryj J.: Urządzenie UKS - 2 do kontroli szczelności złączy spawanych metodą podciśnieniową. Biuletyn Instytutu Spawalnictwa, 1993, nr 4.

5. Czuchryj J.: Wykorzystanie metody podciśnieniowej do kontroli szczelności złączy spawanych. Biuletyn Instytutu Spawalnictwa, 1999, nr 6.

6. Czuchryj J., Bartosz Ł.: Zastosowanie próby pęcherzykowej do badania szczelności złączy spawanych. Biuletyn Instytutu Spawalnictwa, 2006, nr 3.

7. Szymański A.: Kontrola i zapewnienie jakości w spawalnictwie. Tom 2. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej.

Gliwice, 1998.

8. Hlebowicz J.: Badanie szczelności. Poradnik. Wydawnictwo "Biuro Gamma". Warszawa, 1996.

9. Hlebowicz J.: Badania nieniszczące. Badanie szczelności urządzeń i instalacji technicznych. Poradnik. Wydawnictwo "Biuro Gamma". Warszawa, 2001.

Wykaz wykorzystanych norm:
  • PN - EN 1330 - 8 "Badania nieniszczące - Terminologia -Terminy stosowane w badaniach szczelności".

  • PN - EN 1593 "Badania nieniszczące - Badania szczelności - Próba pęcherzykowa".

  • PN - EN 1779 "Badania nieniszczące - Badania szczelności - Kryteria wyboru metody i techniki".

  • PN - EN ISO 9712 "Badania nieniszczące - Kwalifikacja i certyfikacja personelu badań nieniszczących".

×

DALSZA CZĘŚĆ ARTYKUŁU JEST DOSTĘPNA DLA SUBSKRYBENTÓW STREFY PREMIUM PORTALU WNP.PL

lub poznaj nasze plany abonamentowe i wybierz odpowiedni dla siebie. Nie masz konta? Kliknij i załóż konto!

Zamów newsletter z najciekawszymi i najlepszymi tekstami portalu

Podaj poprawny adres e-mail
W związku z bezpłatną subskrypcją zgadzam się na otrzymywanie na podany adres email informacji handlowych.
Informujemy, że dane przekazane w związku z zamówieniem newslettera będą przetwarzane zgodnie z Polityką Prywatności PTWP Online Sp. z o.o.

Usługa zostanie uruchomiania po kliknięciu w link aktywacyjny przesłany na podany adres email.

W każdej chwili możesz zrezygnować z otrzymywania newslettera i innych informacji.
Musisz zaznaczyć wymaganą zgodę

KOMENTARZE (0)

Do artykułu: Kontrola szczelności złączy spawanych za pomocą próby pęcherzykowej z przyssawką próżniową

NEWSLETTER

Zamów newsletter z najciekawszymi i najlepszymi tekstami portalu.

Polityka prywatności portali Grupy PTWP

Logowanie

Dla subskrybentów naszych usług (Strefa Premium, newslettery) oraz uczestników konferencji ogranizowanych przez Grupę PTWP

Nie pamiętasz hasła?

Nie masz jeszcze konta? Kliknij i zarejestruj się teraz!