Wymagania jakości dotyczące spawania stalowych wyrobów konstrukcyjnych w budownictwie

Spawanie jest podstawowym procesem technologicznym stosowanym do łączenia części składowych podczas wytwarzania metalowych wyrobów konstrukcyjnych w budownictwie. Niezawodność wykonywanych w tym procesie spoin zależy od utrzymania na odpowiednio niskim poziomie wielkości i liczby niezgodności, które w nich nieuchronnie występują. Z tego powodu wykonywanie spawanych konstrukcji i elementów konstrukcyjnych zaprojektowanych na podstawie norm budowlanych jest objęte system jakości, który obejmuje:

– wytwórców, personel i technologię spawania;

– jakość wykonania;

– wymagania dotyczące kontroli i odbioru.

Norma PN-B-06200 [1] przewidywała podział konstrukcji na trzy klasy – zależnie od rodzaju obciążenia, klasy wytrzymałości stali, rozwiązań konstrukcyjnych i konsekwencji zniszczenia, określając wymagania podstawowe właściwe tylko dla klasy 3. Wymagania dodatkowe – podwyższone dla klasy 2 i specjalne dla klasy 1 leżały w gestii projektanta.

W normach PN-EN 1993-1-1/A1 [3] i PN-EN 1090-2/zał. B [5] podzielono konstrukcje na cztery klasy wykonania (najniższa EXC1, najwyższa EXC4). Kryteria wyboru w PN-EN 1090-2 ustalono według klas konsekwencji zniszczenia CC1, CC2 i CC3,uwzględniając kategorię użytkowania (rodzaj obciążeń) oraz kategorię produkcji (rodzaj technologii produkcji). W PN-EN 1993-1-1/A1 [3] wprowadzono obecnie jako korektę kryteria wyboru według rodzajów obciążenia (statyczne – dynamiczne) i klas konsekwencji zniszczenia z odniesieniem do rodzaju konstrukcji. Wymagania dotyczące wykonania, kontroli i odbioru konstrukcji są w PN-EN 1090-2 [5]  zróżnicowane zależnie od klas wykonania konstrukcji. W gestii projektanta znajdują się informacje dodatkowe i opcjonalne (w tym dobór klas wykonania oraz gatunków i grup jakości stali), wymienione w PN-EN 1090-2/zał. A. Na wykonawcy ciąży obowiązek zastosowania technologii produkcji łącznie ze spawaniem i doborem materiałów dodatkowych, zapewniającej odpowiednią jakość połączeń spawanych. Jeśli właściwości stali przewidzianej w projekcie na to nie pozwalają, wykonawca powinien spowodować niezbędną zmianę projektową.

Kwalifikowanie wytwórców, personelu i technologii spawania

Kwalifikacja zakładów produkcyjnych

Krajowa kwalifikacja zakładów stosujących procesy spawalnicze podana w normie PN-87/M-69009 [2] przewidywała ich podział na zakłady małe i duże – zależnie od wielkości – oraz na grupy I i II – zależnie od wyposażenia i zakładowej kontroli produkcji. Świadectwa kwalifikacyjne według tej normy uprawniają obecnie do wytwarzania budowlanych konstrukcji spawanych tylko wg PN-B-06200 [1]. Wykonywanie konstrukcji według PN–EN 1090-1 [4] odbywa się w zakładach, których zakładowa kontrola produkcji (ZKP) jest certyfikowana przez jednostkę notyfikowaną. Jednostka ta na podstawie wstępnej inspekcji i oceny oraz stałego nadzoru wydaje certyfikat zgodności ZKP. Zawiera on uprawnienie zakładu do produkcji wyrobów określonych klas wykonania wg PN-EN 1090-2 oraz do określonych metod deklarowania właściwości wyrobów (łącznie lub z wyłączeniem powłok ochronnych lub projektów konstrukcji). Oprócz tego zakład powinien posiadać spawalnicze świadectwo kwalifikacyjne (certyfikat) wg PN-EN 1090-1/tabl. B1 zawierający następujące informacje:

– zakres uprawnień i odpowiednie powołania normatywne;

– klasy wykonania wyrobów;

– stosowane procesy spawalnicze;

– stosowane materiały podstawowe;

– osoby odpowiedzialne za nadzór spawalniczy, patrz PN-EN ISO 14731.

Kwalifikacja nadzoru spawalniczego

Nadzór spawalniczy, przy spawaniu elementów klas EXC2, EXC3 i EXC4, powinien być prowadzony przez uprawniony personel nadzoru, mający doświadczenie w nadzorowaniu operacji spawalniczych zgodnie z PN-EN ISO 14731. Personel nadzoru spawalniczego musi posiadać wiedzę techniczną odpowiednią do nadzorowanych operacji spawalniczych wg tabl. 1.

Tabl. 1 Wiedza techniczna personelu nadzoru przy spawaniu stali wg PN-EN 1090-2/tabl. 14 i 15

Kwalifikacja spawaczy i operatorów

Kwalifikowanie spawaczy przeprowadza się zgodnie z PN-EN 287-1, a operatorów urządzeń spawalniczych zgodnie z PN-EN 1418. Spawanie połączeń rozgałęźnych kształtowników rurowych o kącie odchylenia mniejszym niż 60° powinno być kwalifikowane za pomocą badań specjalnych.

Kwalifikacja technologii spawania

W PN-EN 1090-2 przewidziano następujące metody spawania wg EN ISO 4063 (nazwy i numery procesów), dopuszczając inne tylko wtedy, gdy zostaną jednoznacznie wskazane:

– spawanie ręczne łukowe (111);

– spawanie łukowe drutem proszkowym (114);

– spawanie łukiem krytym: jednym drutem (121), elektrodą taśmową (122), dwoma drutami (123), z dodatkiem proszku metalowego (124), drutem proszkowym (125);

– spawanie elektrodą metalową w osłonie gazów: obojętnych MIG (131), aktywnych MAG (135);

– spawanie łukowe drutem proszkowym w osłonie gazu: aktywnego (136), obojętnego (137);

– spawanie elektrodą wolframową w osłonie gazów obojętnych TIG (141);

– spawanie laserowe (52);

– zgrzewanie: punktowe (21), liniowe (22), garbowe (23), iskrowe (24), tarciowe (42), kołków łukiem ciąg­nionym w osłonie tuleją ceramiczną lub gazem (783), kołków krótkotrwałym łukiem ciągnionym (784). 

Kwalifikowanie technologii spawania, którego wynikiem jest instrukcja technologiczna spawania (WPS), jest uzależnione od klas wykonania, materiału podstawowego i stopnia zmechanizowania (tabl. 2).

Tabl. 2 Metody kwalifikacji technologii spawania w procesach 111, 114, 12, 13 i 14 ^c wg PN-EN 1090-2/tabl. 12

Instrukcję technologiczną spawania opracowuje się następującymi etapami:

– wstępna wersja WPS;

– technologia spawania (etap WPQR);

– opracowanie WPS dla produkcji (etap WPQR);

– zastosowanie WPS w produkcji dla pierwszych pięciu spoin (badania NDT w zakresie zwiększonym);

– zastosowanie WPS w produkcji (badania jak w tabl. 4).

Tabl. 4 Zakres dodatkowych badań NDT spoin warsztatowych i montażowych wg PN-EN 1090-2/tabl. 24

Wymagania jakości wykonania

Wymagania jakości dotyczące sterowania procesami spawania zawiera PN-EN ISO 3834 [6] stosowana zarówno przy wytwarzaniu konstrukcji, jak i na placu budowy. Jej zastosowanie przy spawaniu budowlanych wyrobów konstrukcyjnych zależnie od klasy wykonania podaje PN-EN 1090-2 [5], która przewiduje trzy poziomy wymagań jakości oraz cztery poziomy jakości spoin wg PN-EN ISO 5817 [7] wymienione w tabl. 3.

Tabl. 3 Wymagania jakości związane z klasami wykonania wg PN-EN 1090-2/tabl. A.3

Wymagania dotyczące kontroli i odbioru

Zakres kontroli wykonania i odbioru obejmuje stosowane w produkcji wyroby, procesy technologiczne oraz ich dokumentację. W konstrukcjach klas EXC2 – EXC4 wymaga się, aby stal miała dokumenty kontrolne zgodne z EN 10025-1/tabl. B1, przy czym gatunki S355 JR i JO atest 3.1. Każda część powinna być identyfikowalna na wszystkich etapach produkcji, a w przypadku klas EXC3 i EXC4 również gotowe elementy do celów kontrolnych.

Wszystkie spoiny powinny być kontrolowane wizualnie na całej długości. Badania wizualne, wykonywane po zakończeniu spawania w danej strefie, przed rozpoczęciem badań nieniszczących (NDT) powinny obejmować:

– sprawdzenie obecności i usytuowania wszystkich spoin;

– badanie spoin zgodnie z PN-EN 970;

– rozpryski łuku i strefy rozprysku stopiwa.

Badania NDT stosuje się do wykrywania niezgodności spoin zarówno powierzchniowych, jak i wewnętrznych. Zgodnie z ogólnymi zasadami poda­nymi w  PN-EN 12062 stosuje się następujące metody badań NDT:

– penetracyjne (PT) według PN-EN 571-1;

– magnetyczno-proszkowe (MT) według PN-EN 1290;

– ultradźwiękowe (UT) według PN-EN 1714, PN-EN 1713;

– radiologiczne (RT) według PN-EN 1435.

Zakres stosowania poszczególnych metod badań NDT jest podany w normach, które ich dotyczą. Postępowanie w celu ustalenia, czy zastosowanie instrukcji WPS w warunkach produkcyjnych umożliwia uzyskanie wymaganej jakości, podano niżej.

W odniesieniu do pierwszych pięciu złączy wykonanych według tej samej nowej instrukcji WPS powinny być spełnione następujące wymagania:

– poziom jakości spoin B uzyskany z zastosowaniem WPS w warunkach produkcyjnych;

– zakres badań dwukrotnie większy niż podany w tabl. 4 (min. 5%, maks. 100%);

– minimalna badana długość spoiny 900 mm.

W przypadku stwierdzenia niezgodności należy ustalić i usunąć jej przyczynę oraz wykonać badanie nowego zestawu pięciu złączy, patrz PN-EN 12062/zał. C.

Gdy spawanie produkcyjne według instrukcji WPS spełnia wymagania jakości, to zakres dodatkowych badań NDT powinien być zgodny z tabl. 4, przy czym dalsze złącza, spawane zgodnie z tą samą instrukcją WPS, traktuje się jako kontynuowaną odrębną partię badaną.

Zakresy procentowe badań NDT określa się jako skumulowaną liczbę w poszczególnych badanych partiach. Gdy na kontrolowanym odcinku spoiny badania wykazują niezgodności większe niż określone w kryteriach akceptacji, należy je rozszerzyć na dwa odcinki kontrolne położone po obu stronach tego, na którym wykryto defekt. W przypadku stwierdzenia dalszych niezgodności należy ustalić przyczynę ich występowania. Naprawę spoin w konstrukcjach klasy EXC2, EXC3 i EXC4 wykonuje się zgodnie z kwalifikowanymi technologiami spawania. Naprawione spoiny powinny być sprawdzone pod względem zgodności z wymaganiami dla spoin oryginalnych.

Dokumentacja wykonawcy

Dokumentacja wykonawcy odnosząca się bezpośrednio do procesów spawania obejmuje:

– plan spawania;

– plan kontroli i badań;

– dokumentację jakości potwierdzającą zgodność wykonania z wymaganiami;

– plan jakości (gdy jest wymagany dla całego obiektu).

Plan spawania jest składnikiem planu produkcyjnego wymaganego przez PN-EN ISO 3834 i powinien zawierać wszystkie informacje niezbędne do zapewnienia właściwego wykonania połączeń spawanych, m.in.:

– instrukcje technologiczne spawania WPS;

– informacje niezbędne do uniknięcia zniekształceń i pęknięć;

– opis kolejności spawania i przebiegu elementów w procesie spawania;

– informacje o kontrolach międzyoperacyjnych.

Wymagania projektowe

Projekt wykonawczy konstrukcji ze specyfikacją wykonawczą powinien podawać gatunki i grupy jakości stali oraz klasy wykonania w odniesieniu do całości konstrukcji obiektu, poszczególnych elementów konstrukcyjnych lub nawet pewnych szczegółów konstrukcyjnych. W przypadku braku podania klasy wykonania w projekcie wykonawca może przyjąć jako obowiązującą klasę wykonania EXC2. Projekt powinien również, jeśli potrzeba,  zawierać wymaganie wykonania planu jakości konstrukcji obiektu. W projekcie należy także podać te informacje dodatkowe z tabl. 5, które są dla niego właściwe.

Tabl. 5 Informacje dodatkowe dotyczące spawania wg PN-EN 1090-2/tabl. A.1

W razie potrzeby istnieje możliwość wprowadzenia w projekcie tzw. wymagań opcjonalnych spośród wymienionych w PN-EN 1090-2/tabl. A.2.

Konstrukcje zaprojektowane według wycofanego pakietu norm PN/B mogą być wykonywane zgodnie z PN-EN 1090-1 (jeśli tak podano w projekcie), w zakładach mających certyfikowaną ZKP i uprawnionych do deklaracji właściwości według przepisów krajowych metodą 3b, patrz PN-EN 1090-1/tabl. A.1.

Decyzje w sprawie doboru klasy wykonania konstrukcji powinien jednak podjąć projektant według kryteriów podanych w normach [5] lub [3].

dr inż. Jan Łaguna

Piśmiennictwo

1. PN-B-06200:2002 Konstrukcje stalowe budowlane. Warunki wykonania i odbioru. Wymagania podstawowe.

2. PN-87/M-69009 Spawalnictwo. Zakłady stosujące procesy spawalnicze. Podział.

3. PN-EN 1993-1-1/A1 Eurokod 3 Projektowanie konstrukcji stalowych – Część 1: Reguły ogólne i reguły dla budynków.

4. PN-EN 1090-1 Wykonanie konstrukcji stalowych i aluminiowych – Część 1: Zasady oceny zgodności elementów konstrukcyjnych.

5. PN-EN 1090-2 Wykonanie konstrukcji stalowych i aluminiowych – Część 2: Wymagania  techniczne dotyczące konstrukcji stalowych.

6. PN-EN ISO 3834 Wymagania jakości dotyczące spawania materiałów metalowych.

7. PN-EN ISO 5817 Spawanie. Złącza spawane ze stali, niklu, tytanu i ich stopów (z wyjątkiem spawanych wiązką). Poziomy jakości według niezgodności spawalniczych.

Tytuły pozostałych powołanych norm podane są w normach [1] i [5].