Czym jest i jakie są wymagania przy spawalnictwie?

Sposób łączenia metali poprzez ich jednoczesne, miejscowe nadtopienie, ze wzajemnym wymieszaniem się roztopionego metalu i szybkim wystygnięciem mieszaniny, jest obecnie dominującą technologią w przemyśle. Jej początki i historyczny rozwój były tematem pierwszej publikacji z dziedziny spawalnictwa. Generalnie rzecz ujmując, motorem postępu w spawalnictwie była konieczność eliminacji bądź ograniczenia szerokiego spektrum niekorzystnych zjawisk, występujących w trakcie procesu spawania, których przyczyny wynikają ze złożoności i niestabilności procesów fizykochemicznych w nim występujących.

Na jakość połączenia spawanego, a tym samym i jakość wyrobu, mają wpływ:

1. Wykonawca, czyli spawacz

Decydująca jest jego wiedza teoretyczna, doświadczenie i sprawność psychofizyczna.Jego wiedza teoretyczna jest rozwijana poprzez specjalistyczne szkolenia w jednostkach do nich uprawnionych, poświadczających jej poziom stosownym certyfikatem i nadzorowana przez obowiązkowy system okresowych egzaminów. Sprawność psychofizyczna poddawana jest obowiązkowym testom podczas wykonywania złączy próbnych. Dodatkowo, system nadzoru spawalniczego sprzyja i premiuje ciągłe zatrudnienie podczas spawania, czyli zdobywanie doświadczenia zawodowego.

Rys. 1. Przyrząd spawalniczy stacjonarny z obrotnikiem do
sczepiania i spawania długich elementów przestrzennych [1]

Rys. 2. Spawana konstrukcja wielkogabarytowa [1]

2. Poziom techniczny sprzętu spawalniczego

Ponieważ najlepszą efektywność spawania zapewniają metody związane ze spawaniem łukowym elektrycznym, są one najbardziej rozpowszechnione w przemyśle. Niestety, łuk elektryczny jest zjawiskiem niestabilnym i utrzymanie jego stałych parametrów jest bardzo trudne. Wytwórcy sprzętu spawalniczego odnotowują duże postępy w „konstrukcyjnym” zapewnieniu stabilnych parametrów spawania łukiem elektrycznym przez dostarczany na rynek sprzęt, co związane jest przede wszystkim z zastosowaniem w nich systemów nadzoru i regulacji.

Rys. 3. Spawana konstrukcja skrzyniowa [1]

Zdj. 4. Jednokolumnowy obrotnik z funkcją obrotu w dwóch płaszczyznach [1]

3. Własności fizykochemiczne materiałów

Własności fizykochemiczne materiałów, zarówno spawanych, jak i używanych do spawania oraz związana z nimi optymalna technologia spawania decydują o parametrach spawania, przemianach zachodzących w materiale podczas spawania, spawalności materiału, czyli jego podatności do spawania, oraz zastosowaniu dodatkowych sposobów wspomagania tej podatności. Badania prowadzone w jednostkach badawczych zajmujących się spawalnictwem dostarczają coraz więcej informacji pomocnych w doborze warunków technologicznych procesu spawania.

4. Wiedza i nadzór nad zjawiskami fizykochemicznymi – podczas i po spawaniu.

Zjawiska najbardziej wpływające na jakość wyrobu to rozszerzalność cieplna i skurcz termiczny. Pod ich wpływem elementy spawane oraz wyrób finalny zmieniają znacznie wymiary i kształty, co wymaga stosowania dodatkowych operacji technologicznych korygujących powyższe wady, takich jak przeróbka plastyczna na zimno lub gorąco. Niosą one ze sobą dodatkowe ryzyko, gdyż mogą zwiększyć naprężenia spawalnicze i spowodować wystąpienie pęknięć (odkształcenie na zimno) lub zwiększyć istniejące już odkształcenia przez relaksację istniejących już naprężeń wewnętrznych spawalniczych (odkształcenia na gorąco).

Rys. 5. Trawersa obrotowa [1]

Sprawdzoną alternatywą jest stosowanie przyrządów spawalniczych, czyli urządzeń zapewniających stabilność i powtarzalność kształtów, wymiarów elementów spawanych przez ich wstępne „skrępowanie” w celu przeciwdziałania odkształceniom i zmianom wymiarów. Dodatkowe korzyści ich zastosowania to możliwość zwiększonego odprowadzania ciepła ze strefy spawania (zmniejszenie naprężeń spawalniczych i eliminacja możliwości przegrzania materiału), zapewnienie właściwej ergonomiczności prac spawalniczych i umożliwienie automatyzacji procesu spawania.

Jakość połączeń spawanych

Rodzaj zastosowanych spoin uzależniona jest przede wszystkim od wymagań, jakie zawarł w dokumentacji projektant lub konstruktor.

Jakość ich wykonania zależna jest od osoby spawającej spawacza oraz jej kwalifikacji w zakresie wykonywania połączeń spawanych.

Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Gospodarki z dnia 27 kwietnia 2000 roku w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy pracach spawalniczych (Dz. U. 2000 nr 40 poz. 470):

„Prace spawalnicze powinny być wykonane przez osoby posiadające „Zaświadczenie o ukończeniu szkolenia” albo „Świadectwo egzaminu spawacza” lub „Książkę spawacza”, wystawiane w trybie określonym w odrębnych przepisach i Polskich Normach (…)

Osoby wykonujące:
1) ręczne cięcie termiczne,
2) zgrzewanie,
3) ręczne lutowanie,
4) zmechanizowane i automatyczne wykonywanie prac spawalniczych
- powinny wykazać się co najmniej zaświadczeniem o ukończeniu szkolenia w zakresie określonym w odrębnych przepisach i Polskich Normach. ...”[2].

Rys. 1. Cięcie metalu [8]

Spawalnictwo Cz. III. Wymagania ogólne stawiane spawaczom
Rys. 2. Spawacz przy pracy [9]

W Polsce Jednostką Uprawnioną do egzaminowania i nadawania uprawnień spawaczom są między innymi następujące instytucje:

-Instytut Spawalnictwa w Gliwicach,
-Urząd Dozoru Technicznego,
-Polski Rejestr Statków.

Uprawnienia spawalnicze

Uprawnienia spawalnicze nabywa się obecnie po odbyciu szkolenia i złożeniu odpowiedniego egzaminu ( teoretycznego i praktycznego ), które następnie są one odnawiane na kolejne dwa/trzy lata. Niedotrzymanie wymogu odnawiania uprawnień przed upłynięciem terminu ważności, skutkuje ich unieważnieniem i ponownym procesem uzyskania. Uprawnienia otrzymuje się dla określonej grupy materiałów, kształtu konstrukcyjnego materiału ( blachy, rury ), ich wymiarów, metody i sposobu spawania. Uwarunkowania te wynikają z różnych technik i czynności jakie należy zastosować aby uzyskać prawidłowe połączenie spawane.

Obecnie egzaminowanie spawaczy przeprowadzane jest zgodnie z wymaganiami zawartymi w niżej wymienionymi normach.

PN-EN 287-1 (wydania datowane i niedatowane) „Egzamin kwalifikacyjny spawaczy. Spawanie. Część 1: Stale" „jeszcze nadal aktualna w stosowaniu norma, która jest w zasadzie co do wymagań kompatybilna z normą PN-EN ISO 9606-1".

PN-EN ISO 9606-1:2014-02 „Egzamin kwalifikacyjny spawaczy. Spawanie. Część 1: Stale”, określa „(…) wymagania dotyczące egzaminu kwalifikacyjnego spawaczy stali. Podano zestaw warunków technicznych egzaminu spawacza, co umożliwia jednolitą akceptację umiejętności spawacza niezależnie od rodzaju wyrobu, lokalizacji i egzaminatora lub jednostki egzaminacyjnej. Położono nacisk przy kwalifikowaniu spawaczy na umiejętność manipulowania elektrodą, uchwytem spawalniczym lub palnikiem, która prowadzi do wykonania złącza spawanego o akceptowanej jakości. W niniejszej części ISO 9606 opisano warunki odnoszące się do metod spawania uznanych za procesy ręczne i częściowo zmechanizowane. Nie objęto procesów w pełni zmechanizowanych i zautomatyzowanych. UWAGA Te procesy podano w ISO 14732”[3].

PN-EN ISO 9606-2:2007 „Egzamin kwalifikacyjny spawaczy. Spawanie. Część 2: Aluminium i stopy aluminium” – podaje „(…) wymagania dla egzaminu kwalifikującego spawaczy aluminium i stopów aluminium. Wyszczególniono również szereg technicznych zasad dla systematycznego kwalifikowania spawaczy niezależnie od rodzaju wyrobu, miejsca oraz egzaminatora/jednostki egzaminującej. Procesy spawania wymienione w tym dokumencie obejmują tylko te, które mogą być uznane jako procesy spawania ręcznego lub częściowo zmechanizowanego. Nie kwalifikują one całkowicie zmechanizowanych i automatycznych procesów spawania”[4].

PN-EN ISO 9606-3:2001 „Egzaminowanie spawaczy. Spawanie. Część 3: Miedź i stopy miedzi” – określa „(…) podstawowe wymagania, zakresy uprawnień, warunki badań, wymagania dotyczące odbioru oraz sposób poświadczenia posiadanych umiejętności spawania miedzi przez spawacza”[5].

PN-EN ISO 9606-4:2001 „Egzaminowanie spawaczy. Spawanie. Część 4: Nikiel i stopy niklu” – określa „(…) podstawowe wymagania, zakresy uprawnień, warunki badań, wymagania dotyczące odbioru oraz sposób poświadczenia posiadanych umiejętności spawania niklu prze spawacza”[6].

PN-EN ISO 9606-5:2002 „Egzaminowanie spawaczy. Spawane. Część 5: Tytan i stopy tytanu, cyrkon i stopy cyrkonu”. Norma ta podaje „(…) warunki egzaminowania spawaczy tytanu i cyrkonu. Określono zasady wykonania złączy próbnych, zakres uprawnień spawaczy związany z rodzajem tych złączy próbnych oraz wymagania stosowane przy ich ocenie. Uwzględniono również treść świadectwa egzaminacyjnego i przykłady oznaczenia na świadectwach uprawnień spawaczy do spawania tytanu oraz cyrkonu”[7].

Rys. 3. Proces spawania [10]

Świadectwo z egzaminu kwalifikacyjnego jest wg obowiązujących przepisów ważne zazwyczaj przez dwa lata, w ciągu których dodatkowo nie wystąpi przerwa w wykonywaniu zawodu. Ważność uprawnień spawacza potwierdzana jest w trakcie rozpatrywanego okresu przez nadzór spawalniczy lub odpowiedni personel pracodawcy.

Co oprócz posiadania odpowiednich kwalifikacji i uprawnień do wykonywania zawodu jest istotne w umiejętnościach spawacza? O tym w kolejnych publikacjach.

Bibliografia

[1] Dokumantacja wewnętrzna Przedsiębiorstwa HAK.
[2] Poradnik inżyniera. Spawalnictwo tom 1, 2, 3, WNT 2012
[3] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 27 kwietnia 2000 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy pracach spawalniczych (Dz. U. 2000 nr 40 poz. 470)
[4] PN-EN ISO 9606-1:2014-02 - wersja angielskawww.pkn.pl (http://sklep.pkn.pl/pn-en-iso-9606-1-2014-02e.html)
[5] PN-EN ISO 9606-2:2007 - wersja polskawww.pkn.pl (http://sklep.pkn.pl/pn-en-iso-9606-2-2007p.html)
[6] PN-EN ISO 9606-3:2001 - wersja polskawww.pkn.pl (http://sklep.pkn.pl/pn-en-iso-9606-3-2001p.html)
[7] PN-EN ISO 9606-4:2001 - wersja polskawww.pkn.pl (http://sklep.pkn.pl/pn-en-iso-9606-4-2001p.html)
[8] PN-EN ISO 9606-5:2002 - wersja polskawww.pkn.pl (http://sklep.pkn.pl/pn-en-iso-9606-5-2002p.html)
[9] Dokumentacja wewnętrzna Przedsiębiorstwa HAK
[10] Dokumentacja wewnętrzna Przedsiębiorstwa HAK
[11] Dokumentacja wewnętrzna Przedsiębiorstwa HAK