KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2014” 10 - 12 września 2014 r. Zmiany w ustalaniu poziomów jakości złączy spawanych według normy EN ISO 5817:2014 Tadeusz Morawski UTiE ”Level”, Warszawa, [email protected]Wstęp W roku 1992 ukazała się norma europejska EN 25817, stanowiąca wprowadzenie normy międzynarodowej ISO 5817:1992, a w roku 1997 Polski Komitet Normalizacyjny wydal jej polską wersja PN-EN 25817 [1]. Była to fundamentalna norma, która zmieniła zasady oceny jakości złączy spawanych w wielu krajach europejskich. W normie określono trzy poziomy jakości na podstawie niezgodności spawalniczych występujących w spawanych łukowo złączach ze stali niskostopowych i stopowych. Przyjęto zasadę określanie jednego poziomu jakości dla poszczególnego złącza spawanego. W przypadkach konstrukcji o szczególnym zastosowaniu, poddanych obciążeniu zmęczeniowemu, lub konstrukcji wymagających szczelności może być niezbędne podanie różnych poziomów jakości dla poszczególnych niezgodności w tym samym złączu spawanym lub podanie dodatkowych wymagań. Norma EN 25817 została zastąpiona przez EN ISO 5817:2003 i jej polskie wersje PN-EN ISO 5817:2007 oraz uzupełnione wydanie z 2009 r. Dzięki nowelizacji normy [1] wprowadzono liczne zmiany oraz uporządkowano nazewnictwo niezgodności spawalniczych zgodnie z normą PN-EN ISO 6520-1:2002 i z roku 2009[3]. Dokładne omówienie tych zmian opisał B. Kurpisz [4]. Oto najważniejsze z zapisów w normie PN z 2009 r. i pozostawione w najnowszym wydaniu tej normy [2]. • zmieniono niektóre graniczne wartości niezgodności dla poziomów jakości; • podzielono niezgodności spawalnicze na trzy grupy: niezgodności zewnętrzne (powierzchniowe), wewnętrzne i niezgodności dotyczące kształtu i wymiarów; • wprowadzono nowe niezgodności spawalnicze: - zewnętrzne: 2025, 217 (por), 401 (mikroprzyklejenie), 505, 516, 510 - wewnętrzne: 1001, 2013, 2024 (krater) - kształtu: 508. • rozszerzono zakres stosowania normy na złącza spawane o grubościach powyżej 0,5 mm bez podania górnej granicy grubości (było od 3 do 63 mm); Obecnie dostępna jest najnowsza wersja normy PN-EN ISO 5817:2014E [2]. Po raz pierwszy w normie zamieszczono wymagania dla złączy spawanych w konstrukcjach przenoszących obciążenia zmęczeniowe. Ta ważna nowość wymaga szerszego omówienia.
10
Embed
Tadeusz Morawski ”Level”, Warszawa, · Norma EN 25817 została zastąpiona przez EN ISO 5817:2003 i jej polskie wersje PN-EN ISO 5817:2007 oraz uzupełnione wydanie z 2009 r.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2014” 10 - 12 września 2014 r.
Zmiany w ustalaniu poziomów jakości złączy spawanych
Przykład zastosowania obliczeń zawiera tabl. 2 dla konstrukcji spawanej obciążonej w
okresach użytkowania „i”. Wynik obliczeń: ni / Ni = 0,88 < 1 oznacza, że konstrukcja jest
poddawana obciążeniom przeważająco stałym
Tablica 2. Przykład obliczeń (ni / Ni)
Okres eksploatacji „i” ni Δσ [MPa] Ndop[cykle] ni/Ndop
1 0,9·103 140 30·103 0,03
2 8·103 100 80·103 0,10
3 74·103 60 370·103 0,20
4 375·103 40 1,25·106 0,30
5 750·103 30 3,0·106 0,25
Suma ni/Ndop 0,88 < 1
Wytrzymałość zmęczeniowa konstrukcji spawanych
Wytrzymałością zmęczeniową ΔσR (lub ZG) nazywamy takie naprężenie σmax dla
danego cyklu naprężeń, że element nie ulegnie zniszczeniu po osiągnięciu umownej
granicznej liczby cykli NG, (dla stali NG = 10·106). Wytrzymałość zmęczeniową złączy
spawanych wyrażają wykresy S-N (Wöhlera) wiążące wielkość zakresu naprężeń Δσ
(S- Stres, ang. naprężenie) z liczbą cykli obciążeń N, które przedstawiono w układzie
współrzędnych [σ, logN] na rys. 3, jako ilustrację zależności:
N = c / Δσm
gdzie: c – stała przybierająca różne wartości w zależności od stopnia nasilenia karbu w
rozpatrywanym złączu, np. dla kategorii złącza Δσc = 125, c = 3,91·1012
przy m = 3,0
m- współczynnik przyjmujący wartości w przedziale od 3,0 do 4,0, najczęściej m=3,0 i m=3,5
i określa stopień nachylenia krzywych S-N.
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2014” 10 - 12 września 2014 r.
Rys. 3. Wykres zmęczeniowy dla stali i zmiennych naprężeniach normalnych
Tablica 3. Wartości stałej „c” oraz trwałej wytrzymałości zmęczeniowej ΔσD=const (dla N= 5·10
6)
przy naprężeniach rozciągających i ściskających dla współczynników „m” i różnego stopnia nasilenia karbu wyrażonego klasą zmęczeniową, tj. wartością Δσc przy liczbie cykli N=2·10
6
Δσc m = 3,0 m =3,5
c ΔσD [MPa] c ΔσD [MPa]
125 3,91·1012 92 4,37·1013 96
112 2,81·1012 82 2,97·1013 86
100 2,00·1012 74 2,00·1013 77
90 1,46·1012 66 1,38·1013 69
80 1,02·1012 59 9,16·1012 62
71 7,16·1011 52 6,03·1012 55
63 5,00·1011 46 3,97·1012 48
56 3,51·1011 41 2,63·1012 43
50 2,50·1011 37 1,77·1012 38
45 1,82·1011 33 1,22·1012 35
Wykres zmęczeniowy jest linią prostą łamaną (rys. 3). Punkt przecięcia się obydwóch
odcinków wykresu wyznacza teoretyczną, graniczną liczbę cykli, która w różnym stopniu
może odbiegać od przyjętej bazowej liczby cykli NG.
Połączenia spawane, w zależności od kształtu, rodzaju spoin, jakości powierzchni oraz
działających naprężeń zostały podzielone na ponumerowane typy [5], które jako odmiennie
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2014” 10 - 12 września 2014 r.
ukształtowane są karbami o większym lub mniejszym wpływie na koncentrację naprężeń przy
zmiennych obciążeniach. Poniżej zestawiono typy połączeń spawanych:
100 - Elementy niespawane, Unwelded parts of a komponent
200 - Złącza doczołowe, obciążenia poprzeczne, But welds, transverse loaded
800 – Połączenia kołnierzowe, odgałęzienia i dysze, Flanges, branches and nozzles
900 - Złącza rurowe, Tubular joint
Każdy z wymienionych wyżej typów połączeń tworzy zbiór elementów, o takich
samych lub podobnych kształtach, które w praktyce wykonywane są odmienną technologią i z
inną dokładnością. Są one zaliczane do różnych klas wytrzymałości zmęczeniowej FAT
(fatigue class). Klasy zmęczeniowe złączy spawanych określane są wartościami zakresu
zmienności naprężeń Δσc (125, 112, 100, 90,…) dla liczby cykli N = 2·106 (wykresy S-N na
rys. 3). Wartość obliczeniową trwałej wytrzymałości zmęczeniowej ΔσD przyjmuje się jako
odpowiadającą wartości Δσ dla okresu użytkowania złącza odpowiadającego liczbie
N = 5·106cykli (rys. 3).
Przykłady złączy spawanych (tabl. 4 do 8) o różnych klasach zmęczeniowych (FAT)
reprezentują kolejne typy połączeń z zaznaczonymi kierunkami działania obciążeń oraz
miejscem najczęściej pojawienia się pęknięcia zmęczeniowego.
Ta generalna klasyfikacja nie uwzględnia zmian w poziomie jakości złączy
spawanych, które wynikają z obecności niezgodności spawalniczych. Wzięto pod uwagę
tylko wpływ karbu, a takim jest zaprojektowany i wykonany określony typ połączenia.
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2014” 10 - 12 września 2014 r.
Tablica 4
Element konstrukcyjny Structural Detail
Charakterystyka złącza Description Klasa FAT Typ Nr 200 - Złącza doczołowe, obciążenia poprzeczne
Nr 200 - Butt welds, transverse loaded
Transverse loaded butt weld (X-groove or V-groove) ground flush to plate, 100% NDT. Misalignment < 5% of plate thickness.
112
Transverse butt weld made in shop in flat position, NDT weld. , Reinforcement < 0.1 a thickness
90
Transverse butt weld not satisfying conditions of above. NDT
80
…welded on non-fusible temporary backing, root crack. Backing removed, root visually inspected. Misalignment <10% of plate thickness.
80
Transverse butt weld on permanent backing bar. Misalignment <10% of plate thickness.
71
Tablica 5
Element konstrukcyjny Structural Detail
Charakterystyka złącza Description Klasa FAT Typ Nr 400 Złącza krzyżowe i typu T
Nr 400 - Cruciform joints and/or T-joints
Cruciform joint or T-joint, K-buttwelds, full penetration, weld toes ground, potential failure from weld toe.
80
Single sided T-joints and cruciform joints without misalignment
90
Cruciform joint or T-joint, fillet welds or partial penetration K-butt welds, potential failure from weld toe. Misalignment <15%of primary plate thickness in cruciform joints.
63
Single sided T-joints and cruciformjoints without misalignment
71
Cruciform joint or T-joint, single-sided arc or laser beam welded V-butt weld, full penetration, potential failure from weld toe. Full penetration checked by NDT of root. Misalignment <15% of primary plate thickness incruciform joints. .
If root is not inspected, then root crack
71
36
Splice of circular hollow section with intermediate plate, single sided butt weld, potential failure from toe: wall thickness > 8 mm
wall thickness < 8 mm
56 50
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2014” 10 - 12 września 2014 r.
Tablica 6
Element konstrukcyjny Structural Detail
Charakterystyka złącza Description Klasa FAT Typ Nr 500 Nieobciążone przyłącza itp
Nr 500 - Non-load-carrying attachments
Transverse non-load-carryingattachment, not thicker than main plate
K-butt weld, toe Grodnu Two sided fillets, toe Grodnu Fillet weld(s), as welded thicker than main plate
100 100 80 71
Non-loadcarrying rectangular orcircular flat studs, pads or plates.
L ≤ 50 mm L >50 and ≤ 150 mm L >150 and ≤ 300 mm L > 300 mm
80 71 63 50
Trapezoidal stiffener to deck plate, fullpenetration butt weld, calculated onbasis of stiffener thickness, out of planebending
71
SLongitudinal fillet welded gusset oflength l. Fillet weld around end. l < 50 mm
l < 150 mm l < 300 mm l > 300 mm
80 71 63 50
Tablica 7
Element konstrukcyjny Structural Detail
Charakterystyka złącza Description Klasa FAT Typ Nr 600 Złącza zakładkowe
Nr 600 - Lap joints
Longitudinally loaded lap joint with side fillet Wells. Weld terminations more than 10 mm from main plate edge.
Fatigue of parent metal Fatigue of weld (calc. on max.weld length of
40 times the throat of the weld)
50 50
Transverse loaded overlap joint with fillet welds Stress in plate at weld toe (toe crack) Stress in weld throat (root crack)
63 36
Typ Nr 700 Wzmocnienia Nr 700 Reinforcements
End of long doubling plate on beam, reinforced welded ends ground (based on stress range in flange at weld toe) tD ≤ 0.8 t 0.8 t < tD ≤ 1.5 t tD > 1.5 t
71 63 56
End of reinforcement plate onrectangular hollow section. No undercut at transverse weld!
wall thickness: t < 25 mm
50
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2014” 10 - 12 września 2014 r.
Tablica 8
Element konstrukcyjny Structural Detail
Charakterystyka złącza Description Klasa FAT
Typ Nr 300 Ciągłe spoiny podłużne Nr 300 - Longitudinal load-carrying welds
Longitudinal butt weld, both sides ground flush parallel to load direction,proved free from significant defects byappropriate NDT