Dlaczego wady spoin HF mają znaczenie
Spawanie wysoką częstotliwością (HF) to najszybszy i najbardziej ekonomiczny sposób wykonywania rur ze szwem wzdłużnym, ale spoina jest wykonywana w ciągu milisekund, a jej jakość zależy od dokładnej równowagi geometrii formowania, doprowadzonego ciepła, ciśnienia ściskania i chłodzenia. Gdy równowaga jest niewłaściwa, szew może zawierać defekty, które osłabiają rurę pod ciśnieniem lub podczas spłaszczania. Niektóre z tych defektów są niewidoczne podczas badań ultradźwiękowych i prądów wirowych, dlatego też przemysł opiera się na połączeniu kontroli procesu, kontroli na linii produkcyjnej i badań niszczących. Zrozumienie rodzin defektów jest pierwszym krokiem w zapobieganiu im.
Osiem typowych rodzin defektów
| Wada | Nazwa zwyczajowa | Natura |
|---|---|---|
| Włączenie | Czarny przepalony tlenek | Tlenek uwięziony na powierzchni wtopienia, nie wyciśnięty wraz ze stopionym metalem |
| Przed łukiem | Biały przepalony tlenek | Przegrzanie przed punktem V, tworzenie się tlenku na krawędzi |
| Niewystarczająca fuzja | Otwarty szew | Krawędzie podgrzewane, ale nie stapiane; szew otwiera się po złożeniu rolek ściskających |
| Niewystarczające połączenie krawędzi | Fala brzegowa | Brak zgrzewania na zewnętrznej lub wewnętrznej krawędzi paska |
| Niewystarczająca środkowa fuzja | Spawanie na zimno | Awaria zgrzewania na środku ściany |
| Klejona spoina | Spawanie na zimno | Krawędzie łączone przez docisk bez prawdziwego stopienia; niewykrywalne przez większość badań NDT |
| Spoina odlewana | Kruche spawanie | Roztopiony metal nie został całkowicie usunięty, pozostawiając odlew z tlenkami w spoinie |
| Porowatość | Otworkowa | Kieszenie gazowe na powierzchni stapiania spowodowane przegrzaniem przy niewystarczającym wyładowaniu |
Włączenia i ich zapobieganie
Wtrącenia to tlenki metali utworzone w punkcie V, które nie są wydalane wraz ze stopionym metalem i są zaciśnięte w powierzchni wtopienia. Występują, gdy prędkość zbliżania się do krawędzi jest mniejsza niż prędkość topienia, a wyładunek stopionego metalu jest niepełny. Pęknięcie wtrącenia jest płaskie i nie ma włóknistego wyglądu solidnej spoiny. Ryzyko wzrasta, gdy kąt V jest mniejszy niż około 4 stopnie lub gdy stosunek manganu do krzemu w taśmie jest mniejszy niż około 8 do 1. Zapobieganie koncentruje się na kontrolowaniu kąta V, dopływu ciepła i składu chemicznego taśmy, tak aby tlenek utworzył się i został czysty wydalony.
Brak zgrzewania i spawania na zimno
Niewystarczające wtopienie, czyli otwarty szew, jest bezpośrednim skutkiem niewystarczającego ciepła spawania: krawędzie nagrzewają się i spłaszczają, ale nigdy się nie łączą, a szew otwiera się po przejściu przez rolki prasujące. Czynniki przyczyniające się do tego obejmują dopływ ciepła, kąt V i długość V, położenie pręta magnetycznego, warunki chłodzenia i rozmiar cewki indukcyjnej. Lista środków zapobiegawczych obejmuje dopasowanie dopływu ciepła do materiału i prędkości, umieszczenie pręta magnetycznego poza środkiem rolek prasujących o około 3 mm, utrzymanie długości V w zakresie średnicy rury, ograniczenie kąta V do około 7 stopni i utrzymanie odstępu między wężownicą a rurą poniżej około 6 mm. Spawanie na gorąco, czyli zgrzewanie na zimno, jest najniebezpieczniejszą wadą, ponieważ złącze nie ma szczeliny, przenosi sygnały ultradźwiękowe i wymyka się wykryciu elektromagnetycznemu, a mimo to pęka płasko i łamliwie pod spłaszczeniem. Można temu zapobiec poprzez odpowiednią moc zgrzewania oraz zwiększenie docisku i szerokości taśmy.
Spawanie odlewów i porowatość
Spawanie odlewów lub spawanie kruche pozostawia odlew zawierający tlenki na powierzchni wtopienia, ponieważ stopiony metal nie jest całkowicie wyładowany; pęknięcie jest płaskie i kruche i nie przechodzi próby spłaszczania. Można temu zapobiec poprzez zwiększenie wypływu spoiny i szerokości taśmy. Porowatość, czyli dziura, pojawia się w postaci kulistych, jasnych białych plam na pęknięciu włóknistym, spowodowanych spawaniem w wysokiej temperaturze przy niewystarczającym wyładowaniu; po usunięciu zadziorów zewnętrznych na linii wtopienia widoczne są małe pory. Obie rodziny defektów wskazują, że równowaga ciepła do wyciskania na linii jest nieprawidłowa i należy ją skorygować przed kontynuacją produkcji.
Wykrywanie i kontrola jakości
Połączenia HF są badane inline metodami ultradźwiękowymi i prądami wirowymi, a próbki linii są spłaszczane i sprawdzane metalograficznie. Ponieważ spoiny klejące wymykają się standardowym metodom, młyny kontrolują również parametry procesu, monitorują temperaturę spoiny i niszcząco testują próbki w określonych odstępach czasu. Celem jest spoina, która przejdzie próbę spłaszczania i wykazuje pełne pęknięcie włókniste z widoczną białą linią wtopienia. Certyfikat testu młyna zawiera wyniki badań NDT, a kupujący powinni potwierdzić program testów przy zamawianiu rur HF do usług ciśnieniowych.
Często zadawane pytania
P: Jaka jest najniebezpieczniejsza wada spawania HF?
Zgrzewanie klejone lub zgrzewanie na zimno, ponieważ złącze przenosi sygnały ultradźwiękowe i wymyka się wykryciu elektromagnetycznemu, a mimo to pęka krucho pod wpływem spłaszczenia. Zapobiega temu wystarczająca siła i ściśnięcie.
P: Co powoduje otwarty szew?
Niewystarczające ciepło spawania: krawędzie są stopione, ale nie stopione, a szew sprężynuje po dociśnięciu rolek. Czynnikami kontrolującymi są kąt V, doprowadzone ciepło, położenie pręta magnetycznego i luz cewki.
P: Co to jest spoina odlewana?
Odlew z tlenkami pozostawionymi na powierzchni wtopienia, ponieważ stopiony metal nie został całkowicie usunięty. Pęknięcie jest płaskie i kruche i nie przechodzi próby spłaszczania.
P: W jaki sposób sprawdzane są szwy HF?
Za pomocą wbudowanych testów ultradźwiękowych i prądów wirowych, a także testów spłaszczania i metalografii próbek. Kontrola procesu jest niezbędna, ponieważ niektóre defekty wytrzymują badania NDT.
P: Co obejmuje spawanie HF?
Tlenek metalu uwięziony na powierzchni wtopienia, ponieważ stopiony metal nie został całkowicie usunięty. Ryzyko wzrasta przy wąskich kątach V i niskich stosunkach manganu do krzemu.
P: Jak powstaje porowatość?
Przez spawanie w wysokiej temperaturze przy niewystarczającym wyładowaniu, pozostawiając kieszenie gazowe, które pojawiają się jako jasne plamy na pęknięciu. Korygowanie równowagi ciepła do wyciskania zapobiega temu.
