Spawanie naprawcze: jak naprawić pęknięcie, żeby nie wróciło
Spoina naprawcza jest trudniejsza niż pierwotna. Rowek siedzi w sztywnym detalu, gatunek stali często jest nieznany, a przyczyna pęknięcia wciąż działa. Niżej kolejność pracy przy pęknięciu w stali, żeliwie lub aluminium; wstawki w miejsce przerdzewiałych odcinków i napawanie zużytych powierzchni opisuje strona naprawy i regeneracja.
Krótka odpowiedź
Spawanie naprawcze to całkowite usunięcie wady i zastąpienie jej zdrowym stopiwem w warunkach nie gorszych niż przy pierwotnym złączu. Przy pęknięciu: znaleźć prawdziwe końce badaniem penetracyjnym (PT) albo magnetyczno-proszkowym (MT), nawiercić tuż za nimi otwory 3–4 mm, wyszlifować lub wyżłobić rowek V albo U do zdrowego metalu, ponownie zbadać rowek, podgrzać do wartości z kalkulatora podgrzewania (S355J2, 20 mm, spoiwo niskowodorowe: 75 °C), spawać krótkimi odcinkami od końców do środka, trzymać temperaturę międzyściegową między temperaturą podgrzania a 250 °C i ponownie zbadać naprawę — przy stalach hartujących się nie wcześniej niż 24–48 h po spawaniu.
Naprawa pęknięcia krok po kroku
- Ustalić materiał i przyczynę. Gatunek i równoważnik węgla — z atestu albo z analizy (kalkulator CE i CET), przyczynę — z miejsca i czasu pojawienia się pęknięcia: gorące, zimne czy zmęczeniowe. Pęknięcie, którego przyczyna została, wraca w tym samym miejscu.
- Znaleźć końce. Zeszlifować powierzchnię do czystego metalu: widoczny koniec rzadko jest prawdziwym. PT (ISO 3452-1) działa na każdym metalu, MT (ISO 17638) tylko na stali ferromagnetycznej, ale pokazuje też pęknięcia tuż pod powierzchnią. Końce zaznaczyć punktakiem.
- Nawiercić otwory zatrzymujące 3–4 mm tuż za każdym końcem, żeby wierzchołek wyszedł z materiałem, a nie został w metalu. Otwory stają się częścią rowka i zostają z nim zaspawane.
- Wybrać do zdrowego metalu. Szlifowanie albo żłobienie elektropowietrzne na całej długości i głębokości pęknięcia. Rowek V lub U z zaokrąglonym dnem, otwarty na tyle, żeby elektroda sięgnęła dna — około 60° dla elektrody otulonej, 50–60° dla MAG, jak przy nowym złączu doczołowym — z końcami wyprowadzonymi łagodnie na powierzchnię. Pęknięcie na wskroś dostaje pełne ukosowanie z progiem i odstępem (przygotowanie brzegów). Powierzchnię po żłobieniu zeszlifować do czystego metalu.
- Zbadać rowek. PT lub MT na czystym rowku. Każde wskazanie oznacza: szlifować głębiej i badać od nowa. Zapisać długość i głębokość wybrania — potrzebne do dokumentacji i do ilości spoiwa.
- Podgrzać. Wartość z kalkulatora, nie z przyzwyczajenia. Rowek naprawczy trzyma cały detal, jest bardziej utwierdzony niż pierwotne złącze, więc wartość obliczona to minimum. Ogrzać szeroki pas i sprawdzić kredką termometryczną po obu stronach rowka. Czas stygnięcia sprawdza kalkulator t8/5.
- Spawać według planu. Spoiwo niskowodorowe, elektrody zasadowe suszone według tabeli suszenia elektrod. Najpierw otwory i końce, potem krótkie odcinki ku środkowi; ściegi proste warstwa po warstwie, żużel usuwany z każdego, każdy krater wypełniony.
- Pilnować temperatury międzyściegowej. Nie niżej niż temperatura podgrzania i nie wyżej niż około 250 °C dla zwykłej stali konstrukcyjnej — tę górną wartość stosuje też kalkulator. Stal nierdzewna austenityczna poniżej około 150 °C, aluminium serii 6xxx poniżej około 120 °C.
- Zbadać gotową naprawę. Najpierw oględziny, potem PT lub MT spoiny i metalu wokół, przy grubych przekrojach UT na wady wewnętrzne. Przy stali o wysokim równoważniku węgla badanie końcowe nie wcześniej niż 24–48 h po spawaniu: pęknięcia zimne potrzebują czasu. Odbiór jak dla pierwotnej spoiny, a pęknięcia są niedopuszczalne na każdym poziomie jakości ISO 5817.
- Udokumentować. Gdzie, jak długo i jak głęboko; badania przed i po; zmierzone temperatury podgrzania i międzyściegowa; spoiwo, spawacz, WPS.
Podgrzewanie przy naprawie: wartości z kalkulatora
Kilka gatunków i grubości policzonych wzorem kalkulatora. Wodór waży tyle co grubość: dla S355J2 o grubości 20 mm przejście z HD 4 na HD 12 (elektroda rutylowa) podnosi podgrzewanie z 75 do 120 °C.
| Grubość, mm | S235JR CET 0,25 · HD 12, °C | S355J2 CET 0,34 · HD 4, °C | S355J2 CET 0,34 · HD 12, °C | S460N CET 0,42 · HD 4, °C |
|---|---|---|---|---|
| 10 | — | 35 | 85 | 100 |
| 20 | 50 | 75 | 120 | 135 |
| 30 | 80 | 100 | 150 | 165 |
| 40 | 100 | 120 | 170 | 185 |
| 60 | 120 | 140 | 190 | 205 |
Energia liniowa 1,5 kJ/mm, wynik zaokrąglony w górę do 5 °C — ten sam wzór co w kalkulatorze (EN 1011-2, metoda B). „—” — według wzoru bez podgrzewania. CET gatunków to wartości wyjściowe kalkulatora; przy naprawie liczy się CET z atestu albo z analizy.
Naprawa według materiału: tabela decyzji
Kolejność pracy jest ta sama, szczegóły zmieniają się z metalem. Pełny opis żeliwa — spawanie żeliwa, aluminium — spawanie aluminium, nierdzewki — spawanie stali nierdzewnej.
| Materiał | Szukanie pęknięcia i wybranie | Podgrzewanie i temperatura międzyściegowa | Spoiwo i technika | Na co uważać |
|---|---|---|---|---|
| Stal konstrukcyjna niestopowa (S235, S355) | PT lub MT; szlifowanie albo żłobienie elektropowietrzne, rowek V lub U, powierzchnię po żłobieniu zeszlifować do czystego metalu | Z kalkulatora: S355J2, 20 mm — 75 °C przy HD 4, 120 °C przy HD 12; międzyściegowa od temperatury podgrzania do 250 °C | Elektroda zasadowa albo drut lity MAG o dopasowanej wytrzymałości; ściegi proste od nawierconych końców do środka | Przyczyna: pęknięcie zmęczeniowe wraca, jeśli detal zostaje taki sam |
| Stal o podwyższonej wytrzymałości lub gruba (S460 i wyżej, ponad 30 mm) | Lepiej MT; wybrać na całą głębokość, pęknięcie jest głębsze, niż wygląda | Nigdy poniżej wartości obliczonej: S460N, 40 mm, HD 4 — 185 °C; rowek naprawczy jest bardziej utwierdzony niż pierwotne złącze | Tylko materiały niskowodorowe (HD 5 i mniej), elektrody zasadowe po suszeniu; t8/5 w oknie producenta stali | Pęknięcia zimne wychodzą po godzinach: końcowe badanie po 24–48 h |
| Stal nierdzewna austenityczna (1.4301, 1.4404) | Tylko PT — MT nie działa na stali austenitycznej; szlifować tarczami używanymi wyłącznie do nierdzewki | Bez podgrzewania; międzyściegowa poniżej około 150 °C | Spoiwo dobrane do gatunku, gatunki L (C poniżej 0,03 %); mała energia, krótkie ściegi | Uczulenie w zakresie 450–850 °C; po spawaniu usunąć przebarwienia |
| Żeliwo szare i sferoidalne, metoda na zimno | PT albo lekko podgrzać zaolejony detal — wychodzący olej rysuje pęknięcie; otwory 3–4 mm, rowek U z zaokrąglonym dnem, wypalić olej | Bez podgrzewania; następny ścieg dopiero, gdy detal jest ciepły w dotyku | Ni-CI lub NiFe-CI (EN ISO 1071), około 25 A na mm średnicy, ściegi 20–40 mm, każdy od razu na gorąco młotkować | SWC zamienia się w żeliwo białe: naprawa trzyma, ale nie da się jej obrobić |
| Żeliwo, metoda na gorąco | Jak przy metodzie na zimno | Cały odlew do 500–600 °C, utrzymać przez całą pracę, studzić powoli w piecu przez wiele godzin | Spawanie gazowe prętem żeliwnym z topnikiem | Potrzebny piec; jedyna droga do złącza, które obrabia się jak odlew |
| Stopy aluminium | PT; tlenki szczotką nierdzewną używaną tylko do aluminium, wybranie frezem z węglika | Tylko umiarkowane ogrzanie; seria 6xxx najwyżej około 120 °C i nie dłużej niż 15 min | TIG prądem przemiennym albo MIG; 5356 lub 5183 do 5xxx, 4043 lub 5356 do 6xxx, 4043 do odlewów | Ciepło likwiduje utwardzenie wydzieleniowe 6xxx w SWC — strefa naprawy jest słabsza |
| Staliwo | PT lub MT; jamy odlewnicze pod powierzchnią bywają większe niż wskazanie — wybierać do zdrowego rowka | Jak dla stali walcowanej o tym samym składzie: CE lub CET z atestu, potem kalkulator | Spoiwo niskowodorowe dobrane do składu | Jeśli odlew był obrabiany cieplnie, jego specyfikacja może wymagać obróbki cieplnej po naprawie |
Dokumentacja, WPS i procedura
W wyrobie wykonanym według normy naprawę spawa się według WPS jak każdą spoinę produkcyjną. Jeśli metoda, grupa materiału, grubość i pozycja rowka naprawczego mieszczą się w zakresie istniejącego uznania technologii (WPQR wg ISO 15614-1), obowiązuje pierwotna WPS; inna metoda albo rowek poza tym zakresem wymagają własnej kwalifikowanej technologii. W systemie jakości wg ISO 3834 naprawa to niezgodność: pisemna instrukcja naprawy, ponowne badania według pierwotnych wymagań i zapis. Naprawa bez papierów jest w porządku przy wsporniku na własnym podwórku, nie przy detalu, który odbiera ktoś inny.
Kiedy nie spawać naprawczo
- Urządzenia ciśnieniowe i części pod ciśnieniem — tylko przez zakład i według procedury, które uznają obowiązujące przepisy, z badaniami. To nie jest robota warsztatowa przy okazji.
- Urządzenia dźwignicowe, części hamulców i układu kierowniczego oraz wszystko, czego awaria może kogoś zranić: wymienić.
- Pęknięcia zmęczeniowe bez zmiany konstrukcji. Spoina odtwarza ten sam karb i pęknięcie wraca. Najpierw przyczyna — obciążenie, detal, sztywność — razem z konstruktorem.
- Części hartowane i obrabiane cieplnie — sprężyny, koła zębate nawęglane, wały ulepszane cieplnie. Ciepło spawania niszczy obróbkę, a SWC się hartuje. Tylko z procedurą obejmującą obróbkę cieplną po spawaniu; w przeciwnym razie wymiana.
- Żeliwo białe i odlewy utwardzone są praktycznie niespawalne; żeliwo przepalone latami pracy na gorąco pęka obok każdego ściegu.
- Miejsce naprawiane już dwa razy. Stal jest tam dwukrotnie przegrzana i krucha.
- Stal, której nie da się zidentyfikować. Bez CE nie ma wartości podgrzewania; najpierw analiza albo przynajmniej pomiar twardości.
Typowe błędy naprawy: przyczyna, sprawdzenie, rada
Osiem błędów w kolejności, w jakiej zdarzają się przy naprawie.
| # | Przyczyna | Jak sprawdzić | Co zrobić |
|---|---|---|---|
| 1 | Pęknięcie zaspawane bez wybrania | Linia albo wskazanie PT na dnie rowka | Wybrać do zdrowego metalu i potwierdzić PT lub MT przed pierwszym ściegiem |
| 2 | Końce pęknięcia nieznalezione albo nienawiercone | W ciągu kilku dni nowe pęknięcie biegnie dalej za końcem naprawy | Znaleźć prawdziwe końce badaniem PT, nawiercić 3–4 mm tuż za każdym, otwory włączyć w rowek |
| 3 | Za niskie podgrzanie albo palnik w jednym punkcie | Kredka termometryczna lub termometr kontaktowy po obu stronach rowka, nie tylko na powierzchni obok | Ogrzać równo szeroki pas do wartości z kalkulatora i utrzymać przez wszystkie ściegi |
| 4 | Zawilgocone elektrody zasadowe | Łuk pryska, drobne pory na powierzchni, następnego dnia pęknięcie poprzeczne albo w SWC | Suszyć w 300–350 °C przez 2 h, potem trzymać w termosie 100–150 °C |
| 5 | Badanie końcowe zaraz po ostatnim ściegu | „Brak wskazań” godzinę po spawaniu | Przy stali o wysokim równoważniku węgla końcowe NDT nie wcześniej niż 24–48 h po spawaniu |
| 6 | Pęknięcie zmęczeniowe zaspawane bez zmiany detalu | Pęknięcie przy licu spoiny, otworze lub wycięciu pod obciążeniem zmiennym, na przełomie linie spoczynkowe | Ustalić obciążenie i z konstruktorem zmienić detal; sama spoina odtwarza ten sam karb |
| 7 | Trzecia naprawa w tym samym miejscu | Ślady starych napraw, twarda i krucha strefa | Wymienić detal albo odcinek: dwukrotnie przegrzana stal jest krucha |
| 8 | Elektroda stalowa na żeliwie | Po kilku dniach pęknięcie wzdłuż linii wtopienia, wiertło ślizga się po spoinie | Elektroda niklowa, krótkie ściegi, młotkowanie |
Co dalej
Skąd biorą się pęknięcia i jak się je numeruje w protokole: pęknięcia spoin. Co znajduje, a czego nie widzi każda metoda badań: tabela w katalogu wad spoin. Wstawki, napawanie i naprawy konstrukcji stalowych i maszyn: naprawy i regeneracja. Liczby dla własnej stali: podgrzewanie, równoważnik węgla i czas stygnięcia t8/5.
Częste pytania
Czy pęknięcie można po prostu zaspawać z wierzchu?
Nie. Wierzchołek pęknięcia zostaje pod nową spoiną i pęknięcie rośnie od niego dalej. Pęknięcie wybiera się do zdrowego metalu, rowek sprawdza badaniem penetracyjnym albo magnetyczno-proszkowym i dopiero wtedy spawa.
Jakiej średnicy otwory na końcach pęknięcia?
3–4 mm, tuż za każdym końcem, gdy badanie penetracyjne pokazało, gdzie pęknięcie naprawdę się kończy. Otwór usuwa ostry wierzchołek, a potem staje się częścią rowka naprawczego i zostaje zaspawany razem z nim.
Jakie podgrzewanie przy spawaniu naprawczym?
Co najmniej takie jak dla pierwotnego złącza, liczone z CET, grubości, wodoru i energii liniowej. Dla S355J2 o grubości 20 mm i 1,5 kJ/mm kalkulator daje 75 °C ze spoiwem niskowodorowym (HD 4) i 120 °C z elektrodą rutylową (HD 12). Rowek naprawczy jest bardziej utwierdzony niż pierwotne złącze, więc wartość z obliczeń to dolna granica.
Kiedy badać spoinę naprawczą?
Wizualnie i penetracyjnie od razu, ale przy stali o wysokim równoważniku węgla końcowe badania nieniszczące nie wcześniej niż 24–48 h po spawaniu, bo pęknięcia zimne pojawiają się z opóźnieniem. Rzeczywisty czas oczekiwania ustala norma wyrobu albo plan badań.
Czy naprawa wymaga osobnej WPS?
Nie zawsze. Jeśli metoda, grupa materiału, grubość i pozycja naprawy mieszczą się w zakresie istniejącego uznania technologii (WPQR wg ISO 15614-1), spawa się według tej WPS. Inna metoda, rowek poza zakresem grubości albo inny materiał wymagają osobnej kwalifikacji.
Żeliwo: naprawa na zimno czy na gorąco?
Na zimno — elektrodą Ni lub NiFe, krótkimi ściegami 20–40 mm z młotkowaniem — dla większości wsporników i obudów. Na gorąco, z całym odlewem w 500–600 °C i powolnym stygnięciem w piecu, gdy miejsce naprawy trzeba potem obrabiać.
Aktualizacja: