Dołącz do czytelników
Brak wyników

Eksploatacja

7 czerwca 2021

NR 3 (Maj 2021)

Zastosowanie procesów spawania w remontach i modernizacjach urządzeń

31

Remonty i modernizacje maszyn są rozbudowanymi procesami, których głównym celem jest naprawa i odtworzenie stanu technicznego do postaci i własności początkowych. Wartości i stan początkowy to oczywiście moment wyjścia gotowej, nowej maszyny z zakładu producenta. Po okresie eksploatacji wskazanym przez producenta w dokumentacji techniczno-ruchowej czy instrukcji obsługi należy maszynę wyłączyć z ruchu lub poddać wskazanym przeglądom lub remontowi. Każda z tych czynności powinna być realizowana przez wyspecjalizowaną grupę serwisową lub zakład remontowy, który ma odpowiednie uprawnienia i doświadczenie. 

Klient szukający dobrego zakładu remontowego uprawnienia może łatwo zweryfikować poprzez ich przegląd w początkowym etapie oceny zakładu. Jednak doświadczenie jest już trudniejszym zagadnieniem, gdyż w przedstawionych referencjach odczytamy tylko wybrane informacje potwierdzające realizację projektów. Jest bardzo ważna czynność do zrealizowania przed zleceniem remontu. Warto jednak przeprowadzić audyt zakładu remontowego, podczas którego oceniamy wszystkie obszary decydujące o powodzeniu projektu remontowego. Poważne zakłady remontowe same nawet udostępniają możliwości przeprowadzenia takiego audytu. Taki audyt prezentuje również profesjonalną opiekę klienta, jego maszyn oraz wykazanie takich kwestii, jak korzyści techniczne i ekonomiczne płynące z procesu remontu czy modernizacji. 

POLECAMY

Procesy modernizacyjne to szerokie zadania, które oprócz odtworzenia stanu początkowego umożliwiają poprawę, unowocześnienie początkowych parametrów produkcyjnych maszyny. Udział w takim procesie biorą specjaliści użytkownika, którzy określają swoje potrzeby, jak i konstruktorzy oraz technolodzy zakładu modernizującego, którzy wykonują wymagane projekty, obliczenia i dobory technologii. 

Remonty i modernizacje to złożone z wielu zadań i operacji ciągi działań realizowane w zakładzie remontowym. Wśród tych operacji znaczący zakres obejmują procesy spawalnicze, czyli łączenia części maszyn za pomocą ich nagrzania, stopienia 
w miejscu łączenia wraz z dodatkiem specjalnego materiału spoiwa. 

W ramach prowadzonych prac remontowych lub modernizacyjnych pojawia się konieczność ingerowania w elementy konstrukcyjne danego urządzenia w celu przywrócenia właściwości użytkowych uszkodzonym lub wyeksploatowanym częściom maszyny przemysłowej. Ta ingerencja może przybierać różne postaci, od konieczności wymiany jakiegoś zdeformowanego lub skorodowanego elementu, po działania mające na celu zabudowę dodatkowych elementów w celu modernizacji całego układu. 

Proces spawania

Do kluczowych procesów w ramach prowadzonych prac remontowo-modernizacyjnych należą: proces spawania i procesy pokrewne. W działalności działów utrzymania ruchu czy ekip remontowych podstawowymi metodami spawania elementów ze stali konstrukcyjnych są:

  • 135 – spawanie elektrodą topliwą w osłonie gazów aktywnych (popularna metoda MAG),
  • 111 – spawanie łukowe elektrodami otulonymi,  
  • 141 – spawanie elektrodą nietopliwą w osłonie gazów obojętnych (popularna metoda TIG),
  • 136 – spawanie łukowe w osłonie gazu aktywnego drutem proszkowym. 

W przypadku stali nierdzewnych, gdzie wymagane jest zastosowanie gazów osłonnych obojętnych, zastosowanie mają metody:

  • 141 – spawanie elektrodą nietopliwą w osłonie gazów obojętnych (popularna metoda TIG),
  • 131 – spawanie łukowe elektrodą topliwą w osłonie gazów obojętnych (popularna metoda MIG).

Technologia spawania to zarówno odpowiednie materiały, jak i specjalistyczny sprzęt, który musi być sprawny oraz okresowe kontrole. Takie działanie ma kluczowe znaczenie w zachowaniu zaprojektowanych przez spawalnika technologii dla konkretnego wyrobu. Ponadto istotną rolę w procesie odgrywają ludzie. Przeszkoleni, doświadczeni spawacze mający aktualne uprawnienia do pracy z użyciem konkretnej metody spawania są chyba najcenniejszym ogniwem zakładu spawalniczego. Istotną grupą uczestników całego procesu remontu są kontrolerzy jakości. To wykwalifikowani pracownicy mający uprawnienia weryfikowane co określony czas, pozwalające badać, oceniać i mierzyć prace spawalnicze. 

Operacja napawania

Ponadto w przemyśle stosuje się jeszcze proces napawania, w którym stopione materiały tworzą napoinę cechującą się dużą czystością metalurgiczną, która doskonale stapia się z materiałem pierwotnym, zwiększając wymiary bądź przywracając wyjściowe kształty części nominalnych przez zaaplikowanie warstwy materiału dodatkowego na wyeksploatowaną powierzchnię. Efektem procesów spawalniczych jest wypełnienie ubytku lub eliminacja powstałych nieciągłości, takich jak np. pęknięcia. 

Spawanie metodą MAG jest to spawanie łukowe elektrodą topliwą w osłonie gazów lub ich mieszanek. Polega ono na stapianiu spawanego metalu i materiału elektrody topliwej (drut elektrodowy) ciepłem łuku spawalniczego jarzącego się w osłonie gazowej między elektrodą topliwą a spawanym materiałem. Podczas spawania MAG stosuje się gazy aktywne, takie jak czysty CO2 lub mieszanina gazów (argon, CO2, O2) o różnym składzie. Natomiast w przypadku spawania MIG stosowane są gazy obojętne, a więc niereaktywne gazy, takie jak czysty argon i hel lub mieszaniny argonu i helu. Należy pamiętać, że metoda 135 jest w większości przeznaczona do spawania tzw. warsztatowego czy spawania na terenie hal produkcyjnych, gdzie proces jest zabezpieczony przed wpływem czynników atmosferycznych, przede wszystkim takich, jak wiatr czy opady atmosferyczne. Podstawowymi parametrami spawania MIG/MAG są:

  • rodzaj i natężenie prądu,
  • napięcie łuku,
  • prędkość spawania,
  • rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego,
  • prędkość podawania drutu,
  • średnica drutu elektrodowego,
  • długość wolnego wylotu elektrody,
  • pochylenie złącza lub elektrody.

Do charakterystycznych cech procesu zaliczamy:

Zalety:

  • uniwersalna metoda – można spawać różne metale i ich stopy we wszystkich pozycjach,
  • wysoka wydajność spawania – znacznie wyższa niż elektrodami otulonymi,
  • dobra jakość spoin,

możliwość zmechanizowania i zautomatyzowania metody.

Wady:

  • jakość spoin w dużym stopniu zależna od umiejętności spawacza,
  • spawanie MAG cechuje większa skłonność do powstawania przyklejeń i porowatości spoin.

W przypadku konieczności napraw lub remontów urządzeń oraz instalacji zlokalizowanych na zewnątrz zdecydowanie lepsze zastosowanie będzie miała metoda 111. To metoda spawania łukowego przy pomocy topliwej elektrody metalowej pokrytej otuliną topnika. Prąd elektryczny (stały lub przemienny, stosownie do potrzeb) wytwarza łuk elektryczny pomiędzy elektrodą a łączonymi metalami. Do istotnych zalet tej metody należy zaliczyć możliwość spawania różnych materiałów oraz wszystkich rodzajów złączy, w dowolnych pozycjach, warunkach polowych i wysokościach (np. ze względu na niewielką wagę i gabaryty inwertorowych urządzeń spawalniczych). 

Gniazda łożyskowe po operacji napawania

Czołowi producenci materiałów dodatkowych oferują w swoim asortymencie szeroki wachlarz elektrod do wszelkich procesów napraw i regeneracji, od stali węglowych konstrukcyjnych, po materiały umożliwiające napawanie wałów czy naprawy uszkodzonych korpusów żeliwnych (np. elektrody otulone niklowe, ze stopów niklu, ze stopów miedzi, ze stali niskowęglowej i elektrody dające stopiwo o składzie chemicznym żeliwa szarego). 

W przemyśle energetycznym lub chemicznym w przypadku naprawy rurociągów kluczową metodą jest metoda 141 (TIG). Polega ona na wytwarzaniu łuku elektrycznego za pomocą nietopliwej elektrody wolframowej w osłonie gazu obojętnego. Proces spawania TIG odbywa się w otoczeniu gazu ochronnego chemicznie obojętnego, najczęściej argonu lub helu, wypływającego z dyszy uchwytu elektrodowego. Gaz osłonowy chroni spoinę i elektrodę przed utlenieniem, ale nie ma wpływu na proces metalurgiczny. 

Z punktu widzenia technologicznego jest to metoda bardzo dokładna, ale wymaga od spawacza wysokich umiejętności manualnych. 

W energetyce jest bardzo często wykorzystywana w wykonywaniu złączy doczołowych poddawanych badaniom RT, w których warstwę przetopową wykonuje się metodą 141, a wypełnienie metodą 111 lub 135. 

Spawanie konstrukcji z aluminium

Odrębną kwestią zastosowania technologii spawania w pracach remontowych i napraw są sprawy jakościowe i formalne. Przez te pierwsze należy rozumieć odpowiednie przygotowanie materiału do zastosowania procesu spawania. Pozbycie się zabrudzeń w postaci rdzy, starej powłoki antykorozyjnej czy smarów i olejów wyeliminuje inicjowanie wad spawalniczych. Część prowadzonych na urządzeniach prac wymaga pewnych uzgodnień formalnych. Dotyczy to przede wszystkim urządzeń ciśnieniowych i urządzeń transportu bliskiego, które podlegają Urzędowi Dozoru Technicznego lub Transportowemu Dozorowi Technicznemu. Przystąpienie do jakichkolwiek prac na tych urządzeniach wymaga uruchomienie procedury uzgodnienia technologii naprawy czy modernizacji z dozorem, przy czym należy tutaj wspomnieć, że samych czynności naprawy może dokonać tylko zakład mający stosowną decyzję UDT/TDT do wykonywania tego rodzaju prac. Uzyskanie zatwierdzenia procesu naprawy lub modernizacji z zastosowaniem technologii spawania wymaga przedłożenia stosownemu urzędowi dokumentacji zawierającej m.in.:

  • opis naprawy lub modernizacji zawierającej opis zastosowanych materiałów podstawowych i dodatkowych, dokumentację fotograficzną uszkodzeń, rysunek techniczny określający proces naprawy/modernizacji, dokładny opis technologii naprawy/modernizacji, parametry obróbki cieplnej (jeśli ma zastosowanie) oraz zakres czynności kontrolnych, w tym badań NDT,
  • instrukcję technologiczną spawania WPS spełniającą wymagania normy PN-EN ISO 15609,
  • protokół kwalifikowania technologii spawania WPQR według normy PN-EN ISO 15614.

Dopiero po zatwierdzeniu tej dokumentacji można przystąpić do prac technicznych. W przypadku urządzeń i instalacji podlegających nadzorowi przez UDT/TDT prace traktuje się jako zakończone po przedłożeniu poświadczenia wykonania i zbadania złączy spawanych, atestów materiałowych, świadectw egzaminu spawaczy według PN-EN ISO 9606 wraz ze stosowanymi protokołami z badań NDT. 

Niniejszy tekst ma na celu jedynie zaprezentowanie podstawowych kwestii i obszarów związanych z technologią spawania. Dziś technologie łączenia elementów z wykorzystaniem łuku spawalniczego są stosowane dla takich materiałów, jak stopy aluminium, tworzywa sztuczne czy stale wysokostopowe o specjalnych własnościach i przeznaczeniu. Wiele przedstawionych informacji można jeszcze bardzie szczegółowo rozwinąć. Zajmuje się nimi szereg jednostek badawczych, uczelni technicznych oraz pracowników naukowych. Należy również wskazać, że ogromną rolę w rozwoju technologii spawania mają osoby realizujące konkretne zadania. Technolodzy, spawalnicy, spawacze, konstruktorzy czy kontrolerzy jakości, codziennie stykając się zadaniami spawalniczymi, obserwują i zgłaszają wiele cennych zagadnień. 

Przeprowadzenie poprawnych procesów spawalniczych, spawania czy napawania, warto przed zleceniem poprzedzić profesjonalnym audytem, w czasie którego ocenimy jakość realizacji usług czy poprawność prowadzenia prac kontrolnych. Ważną rolę w tym odgrywa również dbałość o bezpieczeństwo powierzonego do remontu urządzenia, zapewnienie właściwej logistyki oraz kompleksowego serwisu montażowego, uruchomieniowego, jak i eksploatacyjnego. 
 

Przypisy