4ndt's Blog

About NDT procedures, standards. Technical discussions

Posts Tagged ‘sudura’

Examinare cu ultrasunete – procedura

Posted by 4ndt pe Ianuarie 10, 2010

CUPRINS:

1. SCOP

2. DOMENIU

3. DEFINITII, ABREVIERI

4. DOCUMENTE DE REFERINTA

5. RESPONSABILITATI

6. PROCEDURA

7. INREGISTRARE-ARHIVARE

8. ANEXE

1. SCOP

Procedura de control cu ultrasunete, stabileste modul de depistare al defectelor interne din sudura si materialul de baza, din zona adiacenta sudurii (zona influentata termic).

2. DOMENIUL

Aceasta procedura se aplica la examinarea cu ultrasunete, prin metoda impuls reflectat, a imbinarilor sudate cu patrundere a tablelor laminate, cu grosimea cuprinsa intre 10mm si 50mm, utilizate la structura navelor .

3. DEFINITII, ABREVIERI

3.1. AMPLITUDINE ( % ) Inaltimea unui ecou pe ecranul CRT (Catodic Ray Tube), marimea impulsului de intrare, care produce ecoul.

3.2. ATENUARE (dB) Pierdere a energiei undelor prin absorbtie si dispersie.

3.3. AMPLIFICARE DE BAZA, PENTRU CALIBRARE (dB) Amplificare de aparat pentru varful indicatiei reflectorului de calibrare la inaltimea de calibrare = inaltimea de referinta.

3.4. AMPLIFICARE DE BAZA, PENTRU COMPARATIE (dB) Amplificare de aparat cu care s-a inregistrat linia de comparatie.

3.5. AMPLIFICARE DE INREGISTRARE (dB) Amplificare de aparat,compusa din amplificarea de baza si adaosul de amplificare (corectii).

3.6. AMPLIFICARE DE DISCONTINUITATE (dB) Amplificare de aparat pentru varful unei indicatii de discontinuitate pe curba de comparatie sau de referinta.

3.7. ARC DE CERC (mm) Arc de cerc cu raza de 100mm sau 25 si 50mm, care face parte din geometria blocurilor de calibrare (K1, respectiv K2), utilizate la calibrarea distantelor in incidenta oblica.

3.8. AXA LUNGIMII SISTEMULUI DE COORDONATE La controlul imbinarilor sudate este data de directia cordonului de sudura.

3.9. AXA TRANSVERSALA A SISTEMULUI DE COORDONATE Axa perpendiculara pe axa lungimii.

3.10. AXA DE ADANCIME A SISTEMULUI DE COORDONATE Axa perpendiculara pe planul de examinare (planul de referinta).

3.11. BAZA DE TIMP Prezentarea timpului sau a distantei parcurse, prin deplasare pe orizontala, in directia axei X.

3.12. BLOC DE REFERINTA (CALIBRARE) Corp de control, confectionat dintr-un material cu o compozitie specificata, tratat termic, cu suprafete paralele si curbe si reflectori artificiali, cu ajutorul caruia se efectueaza calibrarea distantelor, reglarea sensibilitatii si verificarea proprietatilor sistemului de control.

3.13. CORP DE COMPARATIE Corp adaptat piesei de controlat, in ceea ce priveste caracteristicile acustice si geometrice, cu reflectori de comparatie, cu ajutorul caruia se regleaza sensibilitatea de control.

3.14. CRISTAL Element piezoelectric, component de baza al palpatorului.

3.15. CURBA DE CORECTIE DISTANTA-AMPLITUDINE Reprezinta curba data de inaltimea semnalului de la acelasi reflector, in functie de distanta de la reflector la palpator, folosita la aprecierea marimii unui ecou de defect.

3.16. CUPLANT Substanta intercalata intre palpator si piesa de controlat, care asigura si imbunatateste transmiterea energiei ultrasunetelor.

3.17. CAMP APROPIAT ( ZONA FRESNEL) Acea zona dintr-o piesa, situata in imediata vecinatate a palpatorului, in care nu se pot depista sau identifica ecouri provenite de la discontinuitati.

3.18. CAMP INDEPARTAT (ZONA FRAUNHOFER) Acea zona a fascicolului in care pentru reflectori egali ca marime, amplitudinea semnalului descreste exponential cu cresterea distantei pana la reflector.

3.19. CORECTIE DE TRANSFER Corectie pentru compensarea diferitelor influente ale suprafetei (cuplarii) si atenuarii dintre blocurile de calibrare (corpurile de comparatie) si piesa.

3.20. CORECTIE DE CUPLARE Corectie de transfer care compenseaza diferentele de cuplare acustica dintre corpurile de comparatie sau blocurile de calibrare si piesa de controlat.

3.21. DAMPING Limitarea duratei unei vibratii in aparat, prin mijloace mecanice sau electrice.

3.22. DECIBEL Expresie logaritmica, reprezentind raportul a doua marimi: amplitudine si intensitate.

3.23. DOMENIU DINAMIC Raportul dintre cea mai mare si cea mai mica suprafata reflectoare care poate fi vizualizata pe ecranul CRT, folosind o amplificare constanta.

3.24. DOMENIUL SCALEI Latimea utilizabila a ecranului, in unitati de scala.

3.25. DOMENIU DE CALIBRARE (mm) Domeniul reglat pe ecran, in parcurs ultrasonic.

3.26. DIAMETRUL GAURII (mm) Diametrul unui reflector cilindric, respectiv al unei gauri transversale.

3.27. DIAMETRUL DISCULUI Diametrul unui reflector in forma de disc sau a unei gauri cu fund plat.

3.28. ECOU Indicatie a energiei reflectate.

3.29. ECOU DE FUND Ecou provenit de la suprafata opusa celei pe care se afla palparorul.

3.30. ECOU DE CONTROL Semnal de referinta de la o suprafata reflectoare constanta, de exemplu ecou de fund.

3.31. ECOURI MULTIPLE Reflexii succesive de la suprafata opusa celei pe care se afla palpatorul.

3.32. FACTOR DE SCALA (mm) Raportul dintre valoarea domeniului calibrat si numarul de diviziuni de pe axa orizontala a ecranului.

3.33. FAZA Parametru ce caracterizeaza starea momentana a unei oscilatii.

3.34. FRECVENTA (Hz; MHz) Numarul de oscilatii/vibratii pe unitatea de timp (1Hz=1/s)

3.35. IMPEDANTA ACUSTICA (Kg/(m2.s)) Produsul vitezei si densitatii masice a unui mediu.

3.36. INDICATIE Semnal care denota prezenta unui reflector.

3.37. INCIDENTA NORMALA Incidenta la care axa fascicolului este perpendiculara pe suprafata de examinare.

3.38. INCIDENTA INCLINATA Incidenta la care axa fascicolului este inclinata sub un unghi, fata de suprafata de examinare.

3.39. INDEXUL PALPATORULUI (mm) Distanta masurata de la muchia anterioara a palpatorului pana la punctul de iesire a fascicolului din palpator.

3.40. INTERFATA Suprafata de separare dintre doua materiale cu impedante acustice diferite.

3.41. LINIARITATEA AMPLIFICARII (PE VERTICALA) Caracteristica unui aparat de a reproduce pe ecran impulsul receptionat, prin semnale cu amplitudini proportionale cu acesta.

3.42. LINIARITATEA SCARII DISTANTELOR (PE ORIZONTALA) Caracteristica unui aparat de a reproduce pe ecran, impulsuri la distante proportionale cu timpul parcurs de unda (de exemplu, ecouri multiple).

3.43. LIMITA MAXIMA DE EXAMINARE Adincimea maxima dintr-o piesa, care poate fi examinata cu un anumit aparat.

3.44. LIMITA VERTICALA Nivelul maxim citibil al unei indicatii, pe verticala, determinat de limitele fizice sau electrice ale prezentarii A.

3.45. LUNGIME DE UNDA Distanta, in directia propagarii, intre doua puncte succesive ale unei unde periodice,in care faza este egala.

3.46. METODA CU IMPULS REFLECTAT Metoda de control, la care prezenta si pozitia unui reflector sint indicate de amplitudinea ecoului si timp.

3.47. PALPATOR Element compus din unul sau mai multe traductoare electroacustice, care emite respectiv receptioneaza energia ultrasonora.

3.48. PALPATOR NORMAL Palpator pentru examinare cu incidenta normala.

3.49. PALPATOR INCLINAT Palpator pentru examinare cu incidenta inclinata.

3.50. PALPATOR EMISIE-RECEPTIE Palpator compus din doua elemente; unul emitator si celalalt receptor.

3.51. PERIOADA (s) Durata unei perioade de oscilatie sau a unui ciclu de vibratie.

3.52. PANA DE REFRACTIE Corp prismatic aplicat pe suprafata de emisie(de receptie) a oscilatorului, pentru a directiona sub un anumit unghi undele ultrasonore in piesa.

3.53. POZITIA INDICATIEI Pozitia punctului de inceput a unei indicatii, in raport cu orizontala ecranului.

3.54. PREZENTARE A Prezentare avind in abscisa timpul de parcurs al impulsului si in ordonata intensitatea ultrasonica receptionata. Investigatia se face dintr-un singur punct al suprafetei piesei.

3.55. PARCURS ULTRASONIC DIRECT (mm) Distanta dintre punctul de iesire al fascicolului din palpator si reflector sau suprafata de reflexie. La examinarea cu incidenta inclinata este egal cu ipotenuza triunghiului de defect.

3.56. PARCURS ULTRASONIC IN V (mm) La examinarea cu incidenta inclinata, distanta parcursa de fascicol in material,de la punctul de iesire din palpator la suprafata de reflexie si in continuare, pana la suprafata de examinare. Acest parcurs are forma literei V.

3.57. RAPORT SEMNAL-ZGOMOT Raportul dintre amplitudinea unei indicatii si amplitudinea maxima a zgomotului de material.

3.58. REFLECTOR Interfata la care fascicolul intalneste o modificare a impedantei acustice si la care o parte a energiei este reflectata.

3.59. REFLEXII MULTIPLE Ecouri succesive de energie ultrasonora intre doua suprafete paralele.

3.60. REFRACTIE Modificare unghiulara a directiei de propagare a undelor, pe suprafata de separatie dintre doua medii cu viteze diferite de propagare a undelor, in cazul incidentei inclinate.

3.61. REZOLUTIE Proprietatea unui defectoscop de a da simultan, indicatii distincte de la discontinuitati care au dimensiuni si coordonate apropiate si sunt dispuse lateral fata de axa fascicolului.

3.62. SENSIBILITATE Proprietatea unui sistem de control de a depista o discontinuitate foarte mica.

3.63. SUPRAFATA DE EXAMINARE Suprafata a piesei de pe care se face examinarea.

3.64. SUPRAFATA DE SEPARARE Suprafata care separa doua medii cu proprietati acustice diferite.

3.65. TRADUCTOR Dispozitiv electroacustic, care transforma energia electrica in energie acustica si invers.

3.66. ULTRASUNET Vibratie acustica cu o frecventa mai mare de 20.000Hz.

3.67. UNDA LONGITUDINALA Unda care se propaga in aceeasi directie in care au loc oscilatiile.

3.68. UNDA TRANSVERSALA Unda care se propaga intr-o directie perpendiculara pe directia de oscilatie.

3.69. UNDA DE PLACA (UNDA LAMB) Unda care se propaga in table de grosimi mici si care este generata numai la anumite valori ale unghiului de incidenta, frecventa si grosime a materialului.

3.70. UNGHI DE INCIDENTA Unghiul dintre directia de propagare a undei incidente si normala la suprafata de separare dintre doua medii.

3.71. UNGHI DE REFLEXIE Unghiul dintre directia de propagare a undei incidente si cea a undei reflectate.

3.72. UNGHI DE REFRACTIE Unghiul dintre directia de propagare a undei refractate si normala la suprafata de separare dintre doua medii.

3.73. VITEZA UNDELOR (m/s) Viteza de deplasare a frontului de unda.

3.74. ZGOMOT DE FOND Indicatii provocate de zgomotul amplificatorului si de tensiuni parazite, produse in timpul examinarii.

3.75. ZGOMOT DE MATERIAL Indicatii provocate de neomogenitati din material.

3.76. ZONA MOARTA (mm) Acea zona dintr-o piesa, situata in imediata vecinatate a palpatorului, in care nu se pot depista sau identifica ecouri provenite de la discontinuitati.

3.77. ABREVIERI

NDT – Examinari Nedistructive.

A.S.T.M. – American Society of Testing Materials.

4. DOCUMENTE DE REFERINTA

4.1. A.S.T.M. A435/A435M-1982.

4.2. A.S.T.M. E164A1/E164A2.

4.3. Verificarea Caracteristicilor Echipamentelor de Control cu Ultrasunete

4.4. Manuale de operare pentru echipamentul de control (defectoscop Krautkramer USK 7, SONIC 200 L si SONIC 1200 S.

5. RESPONSABILITATI

5.1. Seful laboratorului NDT – US. raspunde de intocmirea, revizia si aplicarea prezentei proceduri.

5.2. Personalul certificat NDT – US nivel 2, este responsabil cu efectuarea examinarilor cu ultrasunete, interpretarea discontinuitatilor si intocmirea buletinelor de examinare, prin respectarea prezentei proceduri.

6. PROCEDURA

6.1. Pregatirea suprafetei

(1) Materialul de baza de pe fiecare parte a sudurii, se curata de stropi de sudura, tunder, vopsea, grasimi sau alte materii care influenteaza rezultatul examinarii.

(2) Daca materialul de baza are rugozitate mare, iregularitati de suprafata sau zgarieturi care reduc sensibilitatea de examinare, suprafata trebuie prelucrata mecanic.

(3) Prelucrarea mecanica a suprafetei, se face numai daca specificatiile tehnice ale produsului permit.

6.2. Cuplant

(1) Cuplantul este un mediu lichid sau semilichid care asigura transmiterea energiei acustice de la palpator, in materialul de controlat.

(2) Vascozitatea mediului cuplant se alege in functie de starea suprafetei materialului, temperatura mediului si pozitia in care se afla elementul de controlat.

(3) Se utilizeaza acelasi cuplant atat pentru calibrarea echipamentului cat si la efectuarea examinarii.

(4) Ca mediu cuplant se foloseste una din urmatoarele substante: glicerina, apa, ulei, vaselina.

6.3. Echipamente

6.3.1. Defectoscop Pentru efectuarea examinarilor cu ultrasunete a imbinarilor sudate, se foloseste orice instrument cu prezentare A, care lucreaza prin metoda impuls reflectat si prezinta facilitati de reglare a bazei de timp si a amplificarii. Se utilizeaza urmatoarelew tipuri de defectoscop USK 7, SONIC 200 L si SONIC 1200 S.

6.3.2. Palpatoare

(1) Palpatoarele cu incidenta normala de unde longitudinale, monocristal sau dublucristal cu frecventa nominala de 2-5 MHz, se folosesc pentru examinarea materialului de baza in zona adiacenta sudurii .

(2) Controlul cu palpatoare cu incidenta normala se foloseste la depistarea discontinuitatilor situate in plan paralel cu suprafata de controlat.

(3) Palpatoarele cu incidenta inclinata, de unde transversale sau longitudinale, cu directia de examinare inclinata sub un unghi de 450; 600; 700 si frecventa nominala de 2-4MHz, se folosesc pentru examinarea sudurii.

(4) Controlul cu palpatoare cu incidenta inclinata se foloseste la depistarea discontinuitatilor orientate perpendicular pe suprafata de controlat (defecte longitudinale, transversale, oblice).

6.4. Verificarea sistemului de control Caracteristicile sistemului de control, compus din defectoscop, palpator si cablu de legatura, se verifica conform “Verificarea caracteristicilor echipamentelor de control cu ultrasunete” .

6.5. Examinarea Examinarea se face conform planului de examinare intocmit pentru produsul respectiv.

6.5.1. Examinarea materialului de baza

(1) Examinarea materialului de baza si a zonei influentata termic, se face cu palpatoare cu incidenta normala, de unde longitudinale.

(2) Frecventa nominala si diametrul palpatorului, se stabilesc in functie de grosimea,proprietatile acustice ale materialului si starea suprafetei de controlat.

(3) Domeniul de calibrare se stabileste in functie de grosimea materialului de controlat.

(4) Calibrarea distantelor (baza de timp),se face cu ajutorul blocurilor de calibrare standard: V1 si V2, sau pe corpuri de comparatie cu proprietati acustice si geometrie similare piesei de controlat.

(5) Reglarea sensibilitatii de depistare a defectelor se face cu ajutorul corpurilor de comparatie, cu reflectori artificiali (gauri cu fund plat sau gauri patrunse).

(6) Directia de examinare este paralela cu axa cordonului de sudura.

(7) Depistarea unei discontinuitati se inregistreaza si se ia in considerare la examinarea cu incidenta inclinata a cordonului de sudura.

6.5.2. Examinarea sudurii

(1) Examinarea sudurii se face cu palpatoare cu incidenta inclinata de unde transversale sau longitudinale.

(2) Frecventa nominala, dimensiunile palpatorului si unghiul de patrundere a undelor, se stabilesc in functie de grosimea, proprietatile acustice ale materialului, starea suprafetei, marimea si orientarea presupusa a defectelor.

(3) Controlul sudurii se face cu cel putin doua palpatoare cu incidenta inclinata, cu unghiuri diferite de patrundere a undelor in material.

(4) Domeniul de calibrare se stabileste in functie de grosimea materialului controlat.

(5) Calibrarea distantelor (baza de timp) se face cu ajutorul blocurilor de calibrare standard, respectiv pe raza arcului de cerc de 100mm a blocului de calibrare V1 , sau pe raza arcului de cerc de 50mm si/sau 25mm, a blocului de calibrare V2.

(6) Directiile de examinare se stabilesc in functie de posibila orientare a defectelor.

6.6. Ridicarea curbei de referinta si reglarea sensibilitatii

6.6.1. Stabilirea nivelului de referinta si corectiile aplicate la incidenta normala

(1) Curba de referinta se determina folosind ca reflectori de referinta gauri patrunse, gauri cu fund plat sau un perete de fund, situate la diferite adancimi

(2) Reglajul sensibilitatii se face pe un corp de comparatie, confectionat dintr-un material similar celui de controlat, cu aceeasi grosime si proprietati acustice.

(3) Se plaseaza palpatorul pe corpul de comparatie, sau pe materialul de controlat, astfel incat sa se obtina un ecou de fund.

(4) Se regleaza amplificarea, astfel incat inaltimea ecoului de fund sa se ridice la minim 50% sau maxim 75% din inaltimea ecranului.

(5) Daca reglarea sensibilitatii se face cu ajutorul unui corp de comparatie cu reflector artificial tip gaura patrunsa, se plaseaza palpatorul deasupra gaurii patrunse si se regleaza amplificarea, astfel incat ecoul provenit de la gaura sa se ridice la 50% din inaltimea ecranului.

6.6.2. Ridicarea curbei de comparatie si corectiile aplicate la incidenta inclinata

(1) Curba de referinta se determina folosind ca reflectori de referinta, gaurile patrunse practicate in corpul de comparatie.

(2) Corpul de comparatie este confectionat din materialul care urmeaza a fi controlat, sau dintr-un material similar, cu aceleasi proprietati acustice si suprafete.

(3) Gaura patrunsa, folosita ca reflector de referinta, este practicata in plan paralel cu suprafata de contact a corpului de comparatie.

(4) Primul punct se determina plasand palpatorul astfel incat sa se obtina un ecou de la prima gaura patrunsa de sub suprafata de examinare a corpului de comparatie.Se optimizeaza inaltimea ecoului, prin reglarea amplificarii, astfel incat varful indicatiei sa fie la 80 % din inaltimea ecranului.

(5) Aceasta amplificare se numeste “amplificare de baza pentru comparatie”, se noteaza cu Vv si se inregistreaza.

(6) Fara a se modifica amplificarea de baza pentru comparatie, palpatorul se pozitioneaza la intervale de un semipas, inaltimea ecourilor provenite de la reflector la fiecare interval, marcandu-se pe ecran. Prin varful punctelor obtinute se traseaza o linie subtire, a carei lungime acopera zona de controlat. Linia obtinuta reprezinta curba de comparatie sau limita de inregistrare.

(7) Daca, din cauza atenuarii, curba de comparatie scade sub 20% din inaltimea ecranului, se adauga o amplificare suplimentara (V*), astfel incat varful indicatiei sa se ridice la 80% din inaltimea ecranului.

(8) Se inregistreaza amplificarea de baza corectata. Aceasta amplificare se va utiliza numai pentru examinarea zonei respective.

(9) Folosind amplificarea de baza se aplica corectia de transfer pentru a compensa influentele atenuarii pe suprafete si in volum, intre corpul de comparatie si piesa de controlat.

(10) Pentru a determina valoarea pierderilor prin transfer si atenuare volumica, se folosesc doua palpatoare (Emisie-Receptie), cu incidenta inclinata sub acelasi unghi, aceeasi frecventa si dimensiuni. Se aseaza palpatoarele astfel incat sa se obtina un ecou de la peretele de fund.

(11) Se noteaza amplificarea (VT1), pentru care varful indicatiei din corpul de comparatie se afla pe linia de comparatie si parcursul ultrasonic (s1), din pozitia indicatiei.

(12) Pentru a determina valoarea pierderilor prin transfer in imbinarea sudata, axa fascicolului trebuie sa parcurga sudura, dar reflexia ultrasunetului sa se produca in afara sudurii.

(13) Se noteaza amplificarea (VT2), pentru care varful indicatiei din piesa de controlat se afla pe linia de comparatie si parcursul ultrasonic (s2),din pozitia indicatiei.

(14) Valoarea efectiva a corectiei de transfer se obtine din urmatoarea relatie: VT=VT2-VT1-VS in care VS=VS1-VS2 VS reprezinta diferenta de amplificare datorata distantei. VS1 si VS2, sunt amplificarile pentru s1 si s2.

(15) Daca diametrul gaurii patrunse folosite la ridicarea curbei de comparatie, difera de cel din instructiunile de control, se adauga o amplificare suplimentara (V), a carei valoare se stabileste conform urmatoarei relatii:

V= 10lgD1/D2 (dB) in care: D1 = diametrul gaurii din corpul de comparatie D2 = diametrul gaurii conform instructiunilor de control

(16) Amplificarea de inregistrare (VR) rezulta din valoarea amplificarii de baza la care se adauga corectiile specificate, adica: VR= VV +VT +V+ V*

(17) Controlul se efectueaza cu amplificarea de inregistrare maxima.

6.7. Evaluarea discontinuitatilor

6.7.1. Evaluarea discontinuitatilor depistate in materialul de baza

(1) Se considera discontinuitate orice indicatie continua, care determina pierderea ecoului de fund, sau a carei inaltime este egala cu inaltimea ecoului de fund.

(2) Pentru delimitarea discontinuitatii, se optimizeaza inaltimea ecoului provenit de la discontinuitate.Se deplaseaza palpatorul pe suprafata de examinare pana cand inaltimea ecoului de la discontinuitate este egala cu inaltimea ecoului de fund. Zona afectata de discontinuitate se marcheaza pe suprafata materialului.

(3) La evaluarea discontinuitatilor depistate, se aplica criteriile de acceptare stabilite de Societatea de Clasificare, sau alte standarde specifice produsului.

6.7.2. Evaluarea discontinuitatilor depistate in sudura

(1) Se considera discontinuitate, orice indicatie atinge sau depaseste limita de inregistrare.

(2) Daca ecoul unei discontinuitati este mai mare decat limita de inregistrare, se pune varful indicatiei, prin reglajul amplificarii, pe curba de comparatie, si se citeste valoarea reglata a amplificarii (VU).Aceasta amplificare se numeste amplificare de discontinuitate.

(3) Pentru determinarea lungimii de inregistrare a discontinuitatii, se adauga o amplificare suplimentara (VR), a carei valoare se stabileste in functie de grosimea materialului controlat, astfel: d (mm) VR (dB) < 10 0 10-40 6 > 40 12

(4) Indicatiile care depasesc curba de acceptare, dar nu ating limita de inregistrare, se evalueaza conform criteriilor de acceptare stabilite de Societatea de Clasificare, sau alte standarde de produs.

7. INREGISTRARE-ARHIVARE

Raportul de examinare cu ultrasunete, formular ,este intocmit in trei exemplare, din care unul se preda Clientului, unul Societatii de Clasificare, originalul se pastreaza un an in arhiva laboratorului, dupa care se depune la arhiva societatii.

8. ANEXE

8.1 Determinarea curbei de comparatie si criterii de acceptare

8.2 Raport de examinare cu ultrasunete – formular

Anunțuri

Posted in Examinari nedistructive, Examinari nedistructive cu ultrasunete, PROCEDURA DE EXAMINARE | Etichetat: , , , , , , , , | 12 Comments »

Sudarea subacvatica

Posted by 4ndt pe Noiembrie 28, 2009

Sudare subacvatică

Sudarea subacvatică este sudarea realizată sub nivelul apei şi reprezintă operaţia de îmbinare a două piese metalice prin încălzire locală.

Datorită interesului crescut din domeniul intervenţiilor subacvatice pentru întreţinerea, controlul şi repararea instalaţiilor, construcţiilor şi structurilor metalice imersate de importanţă deosebită în industrie cum ar fi conducte subacvatice, platforme offshore, construcţii hidrotehnice, nave etc, sudarea sub apă reprezintă unul dintre mijloacele de bază la care se face apel.

Operaţiile de sudare subacvatică se pot efectua fie în contact direct cu apa, procedeul numindu-se sudare în mediu umed, fie într-un spaţiu uscat fără contact cu apa, procedeu care poartă denumirea de sudare în mediu uscat.

Sudare în mediu umed (în apă)

Sudarea în apă

Sudarea în mediu umed sau în apă, este procedeul cel mai cunoscut şi cel mai aplicat la lucrările de reparaţii subacvatice precum şi la cele de ranfluări de nave. Sudarea se face cu arc electric, în apă, rezultând o îmbinare sudată cu caracteristici mecanice apropiate de sudura realizată la suprafaţă.

Lucrările de sudare subacvatică se efectuează atât în apă sărată cât şi în apă dulce.

Scurt istoric

  • Primele încercări de sudare cu arc electric sub apă datează din anul 1802 când Sir Humprey Davy a arătat că un arc electric imersat în apă continuă să funcţioneze.
  • În anul 1898, alţi cercetători au demonstrat posibilităţile de prelucrare a materialelor metalice sub apă, utilizând electrozi din sârmă, însă rezultatele obţinute au fost mediocre.
  • În anul 1907 suedezul Kjellberg brevetează electrodul de sudură cu înveliş, asigurând ridicarea calităţii îmbinărilor sudate.
  • În anul 1917, Amiralitatea Britanică a întreprins unele cercetări şi a demonstrat că se poate depune metal sub apă. Aceste încercări de sudură au fost efectuate în scopul de a repara, mai rapid, bastimente şi nave de război avariate.
  • După această dată, s-au efectuat cercetări susţinute privind sudarea subacvatică în mai multe ţări ca S.U.A., Germania, Anglia, Franţa, fosta U.R.S.S. şi Japonia.
  • În timpul celui de-al doilea război mondial, au fost folosiţi pentru prima dată electrozi înveliţi şi protejaţi cu un strat de lac. După cel de-al doilea război mondial, cercetările iau amploare ca urmare a necesităţii reparării şi scoaterii la suprafaţă a navelor avariate sau scufundate în timpul războiului.
  • În anul 1946 Van der Wiligen utilizează electrozi înveliţi, acoperiţi cu diverse substanţe hidroprotectoare.
  • În anii ’60, ca urmare a dezvoltării industriei de foraj marin offshore, creşte semnificativ interesul acordat sudării subacvatice în mediu umed, precum şi apariţiei şi dezvoltării unor publicaţii de specialitate.
  • În anul 1970, a fost realizată prima intervenţie de sudare subacvatică în mediu umed, în apă dulce, pe construcţia metalică a unui doc, de către firma Chicago Bridge & Iron Co.din S.U.A.,
  • În anul 1971 s-a efectuat prima reparaţie la o structură marină offshore utilizându-se procedeul de sudare în mediu umed. După anii ’70, industria şi firmele specializate pe plan mondial în lucrări tehnice sub apă, au început, în mod constant, să utilizeze procedeul de sudare în mediu umed.

În România, la Institutul de Sudură şi Încercări de Materiale din Timişoara s-au efectuat numeroase cercetări asupra diverselor procedee de sudură atât la suprafaţă, cât şi sub apă, şi s-au realizat mai multe echipamente specifice. În cadrul Universităţii Dunărea de Jos din Galaţi s-au pus la punct diferite instalaţii complexe, cum ar fi instalaţie de sudură subacvatică cu uscare locală şi simulatorul de sudare subacvatică hiperbară etc.

Particularităţi ale sudării în mediu umed

La realizarea operaţiei de sudare electrică sub apă, prezintă o deosebită importanţă procesele chimice, fizice şi tehnologice care au loc în timpul acestei operaţii.

Stabilitatea arcului electric

Stabilitatea arcului electric depinde de procesele chimice, fizice şi tehnologice determinante ce au loc în desfăşurarea operaţiei de sudare electrică subacvatică.

Procese chimice

  • Influenţa salinităţii apei – procesul de sudare în apă sărată are o desfăşurare mai stabilă decât în apă dulce, stabilitatea procesului de sudare subacvatică creşte cu mărirea salinităţii apei;
  • Interacţiunea cu oxigenul;
  • Interacţiunea cu hidrogenul.

Procese fizice

  • Existenţa pungii de gaze, creată de arcul electric subacvatic
  • Influenţa vitezei de răcire
  • Efectul adâncimii (presiunii hidrostatice)

Procese tehnologice

  • Sudabilitatea – este în funcţie de mai mulţi factori cum a fi:
    • Condiţiile de sudare:

– natura curentului electric: direct;

– tipul învelişului electrodului: rutilic, acid sau bazic;

– proprietăţile substanţei hidroizolante: etanşeitate, rigiditate, prezenţa elementelor ionizante;

– diametrul electrodului: maximum 4 mm;

– influenţa presiunii hidrostatice.

    • Procesele din zona topită:

– solidificarea: rapidă;

– pătrunderea: depinde de curentul de sudare şi creşte proporţional cu presiunea hidrostatică;

– defectele în cordon: incluziuni de zgură şi pori, numărul porilor creşte cu creşterea presiunii hidrostatice, iar la aceeaşi presiune depinde de intensitatea curentului de sudare, de natura şi tipul substanţei hidroizolatoare;

Echipament

Echipamentul care se utilizează pentru sudarea pe uscat este utilizat şi la sudura subacvatică în mediu umed : sursa de curent electric, cabluri electrice, electrozi, portelectrod şi accesorii.

Sursă de curent electric

Se utilizează numai surse de curent continuu de maximum 500 A. Arcul arde mai stabil la folosirea curentului continuu decât în cazul curentului alternativ, deoarece curentul continuu descompune apa în ioni înaintea amorsării arcului.

Sursele de curent continuu pot fi generatoare de sudare antrenate de motoare electrice sau de motoare cu ardere internă.

Cabluri electrice

Pentru conducerea curentului electric la portelectrod şi la clemele de contact ale piesei de lucru, se folosesc cabluri flexibile de sudare din CuE, de construcţie multifilară din sârme foarte subţiri de 0,2 mm diametru, acoperite cu o înfăşurare din fire de bumbac şi izolaţie de cauciuc, peste care se aplică o pânză cauciucată şi o îmbrăcăminte cu manta din cauciuc.

Electrozi

Electrozii pentru sudare subacvatică au vergeaua metalică din oţel cu conţinut redus de carbon (0,1%). Diametrul electrozilor este de 4…6 mm, lungimea de 350…450 mm, iar grosimea învelişului este de 0,2…0,25 mm.

Pentru a proteja electrozii înveliţi de apă, pe suprafaţa învelişului se aplică, prin impregnare sau imersare, o peliculă hidroizolantă. Substanţele utilizate pot fi parafină, celuloid dizolvat în acetonă, bitum, lac de cauciuc, diverse vopsele, lacuri pe bază de nitroceluloză, lacuri cu glicerină, policlorură de vinil şi răşini.

Portelectrozi

Portelectrodul serveşte la prinderea electrodului. În ultimul timp sunt tot mai des folosiţi portelectrozii combinaţi, folosiţi atât pentru sudură cât şi pentru tăiere (oxi-arc sau electrică), prin utilizarea unei mandrine interschimbabile. Portelectrozii pentru sudare trebuie să îndeplinească anumite condiţii cum ar fi:

  • să fie etanş;
  • să permită o bună manevrabilitate;
  • să permită fixarea lejeră şi sigură a electrodului;
  • să asigure o legătură electrică corespunzătoare;

Accesorii

La echipamentul de bază, sunt necesare o serie de accesorii şi scule:

  • clema de contact – serveşte la conducerea curentului electric de la sursa de curent la piesa de lucru sub apă;
  • întrerupătorul cu pârghie- permite cuplarea şi decuplarea rapidă a sursei electrice, la cererea scafandrului sudor;
  • peria de sârmă din oţel – este utilizată pentru curăţarea suprafeţei de rugină sau de depuneri marine; poate fi manuală sau acţionată mecanic (pneumatic sau hidraulic);
  • filtrul din sticlă colorată – este utilizat pentru protecţia ochilor;

Avantaje

Avantajele sudurii subacvatice umede sunt:

  • flexibilitate mare în aplicaţii, scafandrul sudor putând interveni la porţiuni ale unei structuri imerse care nu pot fi sudate prin nici o altă metodă de sudare;
  • cost redus, echipamentul utilizat fiind asemănător celui folosit la suprafaţă;
  • mobilitate ridicată a scafandrului sudor;
  • timp scurt pentru executarea lucrărilor;
  • libertate mai mare în alegerea metodologiei de reparat.

Dezavantaje

Dintre dezavantajele sudurii subacvatice umede pot fi menţionate:

  • calitate mai scăzută a îmbinărilor realizate, aproximativ 60…80% faţă de cele obţinute la suprafaţă;
  • răcire mare a băii metalice (de 10…15 ori mai mare decât în aer);
  • crater mai profund decât la sudarea în aer, conducând la dificultăţi de reamorsare;
  • oxidarea puternică a elementelor de aliere (Mn, Si).

Sudare în mediu uscat

Sudarea în mediu uscat se utilizează la lucrările de sudare la care se cere o înaltă calitate a sudurii, cum ar fi cazul sudării conductelor submerse de înaltă presiune aflate la adâncime mare.

Sudura în mediu uscat se efectuează în atmosferă uscată, fără apă, la presiune egală cu presiunea mediului acvatic exterior de la adâncimea de lucru.

Sudarea în mediu uscat în condiţii hiperbare are loc într-un habitat imers uscat, complet închis, numit cheson de sudură, unde presiunea este egală cu presiunea mediului acvatic exterior la adâncimea de lucru.

Procedeele de sudare în atmosferă uscată pot fi:

  • în mediu uscat, în condiţii hiperbare;
  • în mediu uscat, în condiţii hiperbare, în minihabitat;
  • în mediu uscat, efectuată la presiune atmosferică;
  • cu uscare locală.

Sudare în mediu uscat în condiţii hiperbare

Sudarea în mediu uscat hiperbar a fost dezvoltată în special datorită progreselor realizate de scufundarea de sistem unitară şi în saturaţie la mare adâncime pentru stabilirea de programe de decompresie pentru scafandrii sudori datorită perioadelor îndelungate de timp necesare efectuării operaţiei de sudare.

Scurt istoric

  • Ideea utilizării unor gaze pentru protejarea metalului topit cu arc electric aparţine lui Roberts şi Van Nuys, care în anul 1919 propun încercarea gazelor inerte (heliu, argon, azot).
  • Pionierii sudării în mediu uscat, în condiţii hiperbare, au fost firmele americane Ocean Systems, Reading and Bates, Taylor Diving and Salvage Co., Ray McDermott, Sub Sea Int. şi firma franceză Comex.
  • Prima sudare în mediu uscat, în condiţii hiperbare, a fost realizată în anul 1965, la o magistrală de conducte submerse în Golful Mexic, la adâncimea de 24 m.
  • Firma Taylor Diving and Salvage Co. a efectuat apoi, lucrări de sudare în mediu uscat la adâncimea de 167 m şi lucrări simulate la adâncimea de 366 m, în laboratorul propriu.
  • În prezent în condiţii simulate, au fost efectuate suduri în mediu uscat hiperbar la adâncimi de până la 600 m.

Metoda de sudare în mediu uscat, în condiţii hiperbare, este larg utilizată pentru îmbinarea porţiunilor orizontale ale conductelor submerse, pentru efectuarea de branşamente sau pentru montarea de vane pe acestea, precum şi pentru îmbinarea riser-ului (coloanei montante) platformei de foraj marin cu o conductă submersă. Grosimea pereţilor conductelor magistrale poate fi de 6…25 mm, iar diametrul exterior de 500…900 mm.

Numărul de treceri necesare efectuării unei suduri în mediu uscat în condiţii hiperbare depinde de grosimea pereţilor conductei.

Timpul necesar efectuării unei suduri hiperbare uscate, este în medie de 9 ore pentru un diametru de conductă de 800 mm. Aproximativ acelaşi timp este necesar pentru operaţiunile de pregătire ale conductei de sudat (curăţare, tăiere, şanfrenare).

Cele mai utilizate procedee de sudare în mediu uscat, în condiţii hiperbare, sunt sudurile Wolfram-Inert-Gas/Tungsten-Inert-Gas (WIG/TIG) şi Metal-Inert-Gas (MIG).

Sudare WIG(TIG) în condiţii hiperbare

Procedeul WIG (TIG) se utilizează la lucrările de sudare „cap-la-cap” ale conductelor magistrale submerse pentru sudarea rădăcinii şi a stratului de normalizare.

Procedel de sudare WIG (TIG) este un procedeu la care arcul electric se menţine cu un electrod nefuzibil de wolfram (tungsten in engleza) între piesa de sudat şi o sârmă fuzibilă ce se introduce în zona arcului.

Procedeul de sudare în atmosferă de gaz inert utilizând un singur electrod nefuzibil de wolfram a fost brevetat în anul 1926 de Hobart şi Devers. Datorită costului ridicat al heliului, acest procedeu a fost utilizat abia în anul 1942 de către firma Northrap Aircraft Co. pentru sudarea scaunelor de avioane.

Procedeul de sudare WIG a fost primul procedeu care a fost transferat în mediu uscat în condiţii hiperbare.

Sudare MIG în condiţii hiperbare

Procedeul de sudare MIG (Metal-Inert-Gas) este procedeul la care arcul electric se fomează între piesa de sudat şi o sârmă fuzibilă, derulată dintr-o bobină, care înaintează permanent în arcul electric, printr-un portelectrod special.

Sudarea MIG este un procedeu la care timpul de sudare este mai mare, iar randamentul ceva mai ridicat decât al procedeelor WIG sau TIG.

Utilizarea procedeului MIG la adâncimi mici nu este rentabil deoarece arcul electric devine instabil. La adâncimi mai mari (peste 70 m) arcul electric este mult mai stabil, iar sudarea devine mai uşoară.

Sudarea MIG cu impulsuri este un procedeu conex, cunoscut sub denumirea de „Hydroweld”. Sudarea în impulsuri (cu arc pulsat) se realizează prin suprapunerea a doi curenţi de sudare de valori diferite: un curent de bază, permanent, având o valoare redusă şi curentul de impuls, de valoare ridicată aplicat cu o anumită frecvenţă reglabilă peste curentul de bază. Cu acest procedeu se pot obţine îmbinări sudate comparabile cu cele realizate la suprafaţă.

Sudare cu electrozi înveliţi, în condiţii hiperbare

Electrozii înveliţi sunt folosiţi pentru efectuarea trecerilor de umplere şi a ultimului strat de sudură. Se utilizează în special electrozi cu conţinut scăzut de hidrogen.

Sudabilitatea la sudura manuală în mediu uscat, în condiţii hiperbare, cu electrozi înveliţi, poate avea următoarele caracteristici:

  • creşterea presiunii ambiante de lucru conduce la degajarea unei mari cantităţi de fum;
  • electrozii cu înveliş bazic dau un aspect plăcut cordoanelor de sudură;
  • electrozii cu înveliş rutilic produc pori în metalul depus;
  • pătrunderea creşte o dată cu creşterea presiunii ambiante;
  • creşterea presiunii ambiante de lucru conduce la modificarea compoziţiei chimice a sudurii;
  • viteza de răcire creşte o dată cu adâncimea de lucru;
  • proprietăţile mecanice ale sudurilor sunt egale sau slab inferioare celor efectuate la suprafaţă.

Electrozi, sârme-electrod şi gaze de protecţie

Electrozii de sudură folosiţi la procedeul WIG sunt din wolfram, wolfram toriat sau aliaje de wolfram, iar electrozii folosiţi la procedeul TIG sunt pe bază de tungsten.

Electrozii de wolfram sau tungsten, se fabrică sub formă de vergele cu diametrul de 1…8 mm şi lungimea de 175 mm, cu vârful ascuţit.

Portelectrodul pentru sudare WIG/TIG este de construcţie specială pentru a permite fixarea electrodului de wolfram sau tungsten.

Sârmele-electrod utilizate pot fi pline sau tubulare. Sârmele-electrod pline pentru sudarea WIG/TIG şi MIG se produc la diametre de 0,8 mm, 1 mm, 1,2 mm, 1,6 mm ?i 2,4 mm.

Compoziţia chimică a sârmei pentru sudarea WIG/TIG şi MIG se alege apropiată de cea a metalului de bază.

Sârmele electrod tubulare pentru sudarea în mediu uscat, în condiţii hiperbare, sunt realizate dintr-un înveliş metalic umplut cu un amestec de materiale pulverulente care constituie miezul sârmei.

Portelectrodul sau pistoletul pentru sudarea MIG este de construcţie specială pentru a permite trecerea prin interior a sârmei-electrod.

Utilizarea ca gaz de protecţie a amestecului heliu-oxigen (Heliox) şi argon-oxigen (Argonox), asigură protecţie totală atât scafandrilor sudori cât şi contra contaminărilor atmosferice. HELIOX şi ARGONOX constituie atmosfere ideale pentru sudarea hiperbară uscată.

Avantaje

Sudarea în mediu uscat, în condiţii hiperbare, a fost dezvoltată foarte mult la lucrările offshore efectuate în Golful Mexic şi în Marea Nordului, oferind o serie de avantaje cum ar fi:

  • securitate sporită pentru scafandrii sudori prin asigurarea unui habitat uscat, încălzit, iluminat, cu sistem propriu de control al atmosferei;
  • productivitate maximă datorită posibilităţii lucrului în schimburi;
  • monitorizare de la suprafaţă privind pregătirea asamblării, alinierea secţiunilor, sudarea, controlul nedistructiv etc.;
  • calitate a sudurii apropiată de cea realizată la suprafaţă;
  • posibilitate de aplicare a preîncălzirii sau a tratamentului termic.

Dezavantaje

Dintre dezavantaje pot fi enumerate:

  • echipament costisitor, de mare complexitate şi greu de manevrat;
  • durată mare de lucru;
  • dacă condiţiile meteorologice şi starea mării sunt nefavorabile, desfăşurarea operaţiunii se face cu greutate, conducând chiar şi la amânarea lucrărilor.

Sudare în mediu uscat, în condiţii hiperbare, în minihabitat

Spre deosebire de sudura în mediu uscat, în condiţii hiperbare, efectuată într-un cheson, acest procedeu utilizează o instalaţie de tipul unui clopot sau turelă deschisă la partea inferioară. Clopotul poate fi construit în mai multe modele şi mărimi conform configuraţiei structurii metalice submerse la care se va executa sudura. La acest procedeu, scafandrul sudor se află în mediul umed, în apă, dispunând doar de spaţiul lipsit de apă unde efectuează sudura uscată la o presiune egală cu presiunea ambiantă (minihabitatul se află în echipresiune cu mediul acvatic exterior).

Procedeul a fost dezvoltat în anii ’70 în S.U.A. unde s-a realizat sistemul Hydrobox, pentru repararea şi sudarea în mediu uscat a unor componente ale platformelor marine. Instalaţia Hydrobox poate fi utilizată pentru sudarea unei conducte atât în poziţie orizontală, cât şi în poziţie verticală.

În incintă este introdus aer sau un amestec de gaze (HELIOX, ARGONOX) la o presiune suficientă pentru evacuarea apei şi obţinerea mediului de sudare uscat.

Sudare în mediu uscat, efectuată la presiune atmosferică

Procedeul de sudare în mediu uscat, la presiune atmosferică, are loc în interiorul unei incinte special construite, menţinută uscată la presiunea atmosferică, de 1 bar (sc.abs.). Scafandrul sudor dispune de toate condiţiile pentru executarea unor suduri cu caracteristici mecanice similare celor executate la suprafaţă.

Procedeul este aplicat la repararea conductelor submarine, la executarea de branşamente şi la conectarea riser-ului la conducta submersă, la adâncimi cuprinse între 300 m şi 1000 m. Sudarea se poate executa în toate poziţiile, cu una sau mai multe treceri.

Firma COMEX a pus la punct un sistem de sudare uscată la presiune atmosferică numit Weld’AP.

Avantaje

Principalele avantaje ale procedeului sunt:

  • calitatea bună a îmbinărilor sudate,
  • condiţiile bune de lucru
  • posibilitatea aplicării preîncălzirii şi a tratamentului termic.

Dezavantaje

Dezavantajele procedeului sunt:

  • echipamentul foarte complex, greu de manevrat şi foarte costisitor,
  • personalul numeros,
  • utilizarea unei nave suport prevăzută cu un sistem de scufundare la mare adâncime şi cu instalaţii de aliniere şi poziţionare,
  • problemele de lansare pe timp nefavorabil sau la adâncimi mici unde este resimţită acţiunea valurilor,
  • durata mare de lucru.

Sudare cu uscare locală

Procedeul de sudare cu uscare locală se efectuează direct în apă, cu echipamente construite special, care îndepărtează apa din jurul arcului electric al sudurii. Procedeul a fost dezvoltat în S.U.A., Rusia, Polonia, Japonia şi România.

Se utilizează instalaţii MIG/MAG adaptate pentru sudarea în mediu umed. Capul de sudare este de construcţie specială, fiind prevăzut cu mai multe duze concentrice prin care se trimite un gaz de protecţie (CO2), aer comprimat încălzit şi apă sub presiune pentru răcirea pistoletului.

Aerul comprimat, uscat şi încălzit, formează un ecran protector între apă şi gazul de protecţie. Zona uscată asigură diminuarea răcirii rapide a sudurii.

Procedeul utilizează componentele aflate la suprafaţă pe nava suport care sunt:

  • sursa de curent,
  • panoul de măsură şi control,
  • compresorul de aer,
  • buteliile cu bioxid de carbon,
  • componentele aflate sub apă, la scafandrul sudor: capul de sudare, containerul etanş cu sârma-electrod de adaos plină sau tubulară, mecanismul de avans şi pompa de apă.

Sudarea cu uscare locală oferă o calitate bună a sudurii, costul sudurii fiind acelaşi cu cel al sudurii efectuate în mediu umed cu electrozi înveliţi. Procedeul s-a realizat cu succes sub apă până la adâncimi de 30…40 m.

Controlul îmbinărilor sudate sub apă

Controlul îmbinărilor sudate sub apă reprezintă o etapă necesară după efectuarea sudurii subacvatice. La sudarea subacvatică principala metodă este controlul nedistructiv (N.D.T.).

Metodele de control nedistructiv sunt:

  • radiaţii penetrante – cu raze X sau gamma
  • ultrasunete – care se face cu ajutorul aparatelor de examinare cu ultrasunete.

Daca piesa sudata subacvatic poate fi scoasa si uscata se mai pot efextua:

  • lichide penetrante – care constă în aplicarea unui lichid capilar activ penetrant pe suprafaţa de examinat, îndepărtarea penetrantului rămas în afara discontinuităţilor şi aplicarea unui material absorbant, ce absoarbe penetrantul aflat în discontinuităţi punând astfel în evidenţă, prin contrast, defectele existente; această metodă se aplică pentru depistarea defectelor de suprafaţă.
  • Particule magnetice – consta in magnetizarea piesei de examinat si aplicarea unor particule magnetice ce se vor “depune” in zonele de scapari ale campului magnetic

Înainte de aceste operaţii, se efectuează o curăţire a locului până la luciul metalic folosind diverse unelte subacvatice speciale acţionate pneumatic sau hidraulic.

Clasele de calitate ale îmbinărilor sudate, pe baza metodelor de control nedistructiv sunt următoarele:

  • clasa I, cu defecte interioare ce se determină cu radiaţii, cele exterioare vizual, cu lichide penetrante şi cu pulberi magnetice; se admite controlul în proporţie de 50% pentru detectarea defectelor interioare şi de 100% pentru detectarea defectelor exterioare;
  • clasa a II-a la care se admite controlul interior de 25% şi cel exterior de 100%;
  • clasa a III-a la care se admite controlul interior de 10% şi cel exterior de 100%;
  • clasa a IV-a la care nu se face controlul interior, iar cel exterior trebuie să fie de 100%.

Posted in Uncategorized | Etichetat: , , , , , , , , , , , | 1 Comment »