Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Pomiary, kontrola i rejestracja

danych w spawalnictwie

4.6

opracował:

dr inż. Zygmunt Mikno

Nowelizacja materiału: 11. 2012 r.

1)

Metody pomiaru (parametrów elektrycznych,

przepływu gazu, temperatury, prędkości

podawania drutu)

W

ielkości elektryczne

Wybór metody pomiarowej zależy od wartości wielkości mierzonej oraz od zakładanej

dokładności pomiaru. Najprostsza metoda pomiaru polega na wyborze miernika wyskalowanego
wprost w wielk

ości mierzonej. Jest to tzw. bezpośrednia metoda pomiaru. Dokładność tej metody

zależy od klasy przyrządu pomiarowego i warunków w jakich przeprowadzano pomiar. Wynik pomiaru

otrzymuje się bezpośrednio z odczytu jego wskazań, bez wykonywania jakichkolwiek obliczeń.

Przykładami pomiarów bezpośrednich są pomiary: długości za pomocą linijki, czasu za pomocą

stopera, napięcia za pomocą woltomierza, temperatury za pomocą termometru itp.

Jeżeli pomiar (metoda bezpośrednia) jest zbyt mało dokładny lub wartość wielkości mierzonej

przekracza zakres pomiarowy miernika należy zastosować metodę pośrednią pomiaru [1].

Metody pośrednie to metody, w których występuje konieczność wyliczenia wartości wielkości
mierzonej X na p

odstawie bezpośrednich pomiarów innych wielkości A,D,C,D związanych z nią znaną

zależnością funkcyjną f,

X = f ( A , B , C , D ).

Przykładami pomiarów pośrednich są: wyznaczenie przyśpieszenia ziemskiego za pomocą wahadła
matematycznego, wyznaczenie rezystancji za po

mocą woltomierza i amperomierza.

Procesy spawalnicze są procesami specjalnymi i wymagają nie tylko specjalnych metod kontroli

jakości ale i specjalnych metod pomiaru, w tym parametrów elektrycznych, a w szczególności prądu z

uwagi na jego wysokie wartości.

n

apięcie

Pomiar napięcia dokonywany jest zazwyczaj metodą bezpośrednią poprzez równoległe

podłączenie woltomierza do obiektu (elementu) na którym mierzymy napięcie. Woltomierz wskazuje

bezpośrednio wartość napięcia mierzonego

v

C

a

U

•

=

gdzie:

- C

v

–

stała woltomierza,

V

U

x

R

o

+

-

R

d

Rys. 4.1.

Bezpośredni pomiar napięcia.

- Ro –

napięcie obiektu (odbiornika) którego napięcie mierzymy

- Rd –

rezystancja wewnętrzna woltomierza

Woltomierz

charakteryzuje się pewną rezystancją wewnętrzną. Podłączenie woltomierza do

obwodu powoduje przepływ prądu przez jego rezystancję wewnętrzną i zmianę rozpływu prądu w
obwodzie mierzonym.

Może to spowodować błąd metody pomiaru napięcia.

Stosunek rezystancji wewnętrznej woltomierza do rezystancji obiektu na której dokonywany jest

pomiar napięcia ma wpływ na dokładność pomiaru. Im rezystancja wewnętrzna woltomierza jest

większa tym pomiar jest dokładniejszy.

Współczesne woltomierze charakteryzują się dużą rezystancją wewnętrzną, szczególnie

woltomierze cyfrowe, gwarantując tym samym wymaganą dokładność pomiaru.

Z uwagi na niskie napięcia źródeł spawalniczych w obwodzie spawania (zgrzewania), w

przeważającej większości, pomiar napięcia jest pomiarem bezpośrednim.

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Pomiary, kontrola i rejestracja danych w spawalnictwie

4.6

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 1

p

rąd

Pomiar prądu dokonywany jest w wyniku włączenia amperomierza szeregowo w obwód

pomiarowy. Wartość mierzonego prądu wynosi

I

C

a

I

•

=

gdzie:

- C

I

–

stała amperomierza,

A

I

x

a)

A

I

x

b)

A

I

x

c)

A

I

x

d)

I

a

I

b

R

b

R

a

Rys. 4.2.

Pomiar prądu:

a) za pomocą amperomierza włączonego bezpośrednio w obwód pomiarowy
b) z zastosowaniem bocznika
c)

z zastosowaniem przekładnika prądowego

d) z zastosowaniem

cęgowego miernika (bezkontaktowy pomiar)

gdzie:

- R

a

– rezy

stancja wewnętrzna amperomierza

- R

b

– rezystancja bocznika

Przekładnik prądu

W celu pomiaru prądu w obwodzie tradycyjnym amperomierzem konieczne jest przerwanie

obwodu i wstawienie szeregowo w miejscu przerwy amperomierza – rysunek 4.2a. To samo dotyczy
pomiaru z wykorzystaniem bocznika – rysunek 4.2b

, które również wymaga przerwania obwodu

pomiarowego i wstawienia bocznika. Pierwszy sposób umożliwia pomiar prądu do wartości około

100A. Z zastosowaniem bocznika, w typowych aplikacjach pomiarowych, można dokonywać pomiaru

prądu o wartości wielokrotnie większej zależnej od stosunku rezystancji amperomierza i bocznika.

Należy jednak mieć świadomość, że niepewność pomiaru (

błąd

) jest wprost proporcjonalna do

stosunku R

b

/R

a

i do zmian rezystancji właściwej bocznika w funkcji temperatury. Dlatego obydwa

sposoby pomiaru mają swoje niedogodności i ograniczenia wynikające z maksymalnej wartości

mierzonego prądu i konieczności przerwania obwodu pomiarowego. Obydwa sposoby pomiaru prądu
z rysunku 4.2a i 4.2b

umożliwiają pomiar prądu stałego i przemiennego. Powyższe wymaga jedynie

zastosowania odpowiedniego ustroju pomi

arowego tj. amperomierza do pomiaru prądu AC

(przemiennego) i DC (stałego) [10].

Do pomiaru wyższych prądów stosowane są przekładniki prądu lub amperomierze cęgowe.

Rozróżniamy przekładniki prądu przemiennego i stałego. Przekładniki prądu przemiennego

pracuj

ą w oparciu o zasadę działania transformatora. Transformator przekładnika charakteryzuje się

różną ilością zwoi. Prąd mierzony przepływa przez uzwojenie pierwotne o mniejszej ilości zwoi

(najczęściej 1 zwój). Stosunek natężeń prądów w obu uzwojeniach jest wielkością stałą i nazywa się

przekładnią prądową. Uzwojenie wtórne zazwyczaj jest zwarte przez przyrząd pomiarowy
(amperomierz). Z

pomiaru małego prądu płynącego przez uzwojenie wtórne można dzięki wartości

przekładni prądowej wyznaczyć wartość prądu o dużym natężeniu płynącego przez uzwojenie
pierwotne:

1

2

2

1

N

N

I

I

•

=

gdzie:
- I

1

-

prąd pierwotny

- I

2

-

prąd wtórny

- N

1

- liczba zwojów uzwojenia pierwotnego

- N

2

- liczba zwojów uzwojenia wtórnego

- N

2

/N

1

-

przekładnia prądowa

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Pomiary, kontrola i rejestracja danych w spawalnictwie

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

4.6

AW 2

Przekładniki prądowe głównie wykorzystuje się w taki sposób, że przewód z mierzonym prądem

przechodzi przez główny otwór przekładnika, co jest równoważne z jednym zwojem uzwojenia

pierwotnego. W takim przypadku powyższe równanie upraszcza się do:

2

2

1

N

I

I

•

=

I

1

I

2

=

1

/

N

* I

1

N

1

N

2

N1

/

N2

=

1

/

N

Rys. 4.3.

Schemat ideowy przekładnika prądowego

W celu pomiaru prądu w obwodzie tradycyjnym amperomierzem konieczne jest przerwanie

obwodu i wstawienie szeregowo, w miejscu przerwy, amperomierza

lub w przypadku przekładnika

prądu podłączenie przerwanego obwodu do uzwojenia pierwotnego. Rozwiązanie takie jest czasami

niepożądane i kłopotliwe. Wymienionej wady nie posiadają amperomierze cęgowe, które do pomiaru

nie wymagają przerwania obwodu, przez który płynie prąd. Pomiar amperomierzem cęgowym odbywa

się bezprzewodowo, na zasadzie zmiany pola magnetycznego wytwarzanego przez przewód z

płynącym prądem elektrycznym [9].

Starsze rozwiązania amperomierzy cęgowych, przeznaczone wyłącznie do pomiarów prądów

przemiennych, były zrealizowane na zasadzie transformatora z toroidalnym rdzeniem, na którym jest

nawinięte uzwojenie składające się z dużej liczby zwojów. Toroidalny rdzeń składa się z dwóch

ruchomych części, które tworzą cęgi amperomierza. Po włożeniu pomiędzy cęgi przewodu z

mierzonym prądem zmienne pole magnetyczne wywołane płynącym prądem powoduje indukowanie

się w uzwojeniu napięcia proporcjonalnego do wartości płynącego prądu. Napięcie to, po

przetworzeniu w przetworniku analogowo cyfrowym przedstawia w postaci cyfrowej wartość

mierzonego prądu.

Rys. 4.4.

Cęgowy miernik prądu.

pomiar:

-

napięcia stałego i przemiennego

-

prądu zmiennego i stałego

- rezystancji

Nowsze amperomierze cęgowe zrealizowane są z wykorzystaniem hallotronów. Efekt Halla (rys.

4.5

a) polega na pojawianiu się dodatkowego pola elektrycznego, w płytce półprzewodnikowej, przez

którą przepływa wzdłuż prąd polaryzujący I

c

i która jest umieszczona w polu magnetycznym. Strumień

indukcji pola magnetycznego B generuje siłą Loretza, prostopadłą do kierunku przepływu ładunków

tworzących prąd. To powoduje zmianę liczby ładunków na obu krawędziach płytki równoległych do

płynącego prądu polaryzującego I

c

, czyli różnicę potencjałów tworzących napięcie Halla U

H

.

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Pomiary, kontrola i rejestracja danych w spawalnictwie

4.6

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 3

Budowę amperomierza cęgowego opartego o wykorzystanie efektu Halla pokazuje rys. 4.5b. W

składającym się z dwóch części toroidalnym rdzeniu umieszczony jest hallotron. Zadaniem rdzenia

jest skupianie linii sił pola magnetycznego wywołanego przez przepływający prąd I. Wytworzone pole
magnetyczne, proporcjonalne do mierzoneg

o prądu I powoduje powstanie napięcia U

H

, które po

przekształceniu na postać cyfrową jest miarą prądu.

N

2

a)

b)

Rys. 4.5. A

mperomierze cęgowe

a)

powstawanie napięcia Halla w płytce półprzewodnikowej umieszczonej w polu

magnetycznym

b)

budowa amperomierza wykorzystującego efekt Halla [9]

W procesie zgrzewania w obwodzie wtórnym występują jeszcze większe prądy niż w procesie

spawania.

Dochodzić mogą one nawet do wartości kilkuset tysięcy Amper. Dla porównania przy

zgrzewaniu blach karoserii samochodów stosowane są prądy o wartości kilkunastu tysięcy Amper.

Pomiar tak dużych prądów dokonywany jest metodami bezkontaktowymi. W tym przypadku stosowany

są czujniki tzw. toroidy (cewka Rogowskiego).

Przetwornik Rogowskiego jest rodzajem transformatora bezrdzeniowego. Wykorzystuje się go do

badań przebiegów prądu zmiennego, bez konieczności rozcinania i podłączania do badanego

przewodu. Główną zaletą przetwornika Rogowskiego w stosunku do innych metod pomiarowych jest

elastyczność i odkształcalność sondy. Ułatwia ona manewrowanie przetwornikiem w pobliżu

przewodów pod napięciem, ograniczając niebezpieczeństwo porażenia prądem.

a)

b)

Rys. 4.6.

Toroid pomiarowy (cewka Rogowskiego) do pomiaru dużych prądów zgrzewania.

a) sztywny dzielony dzielone b) elastyczny

Dla zapewnienia dokładności pomiaru z wykorzystaniem amperomierza cęgowego lub toroidem

należy utrzymywać centryczność usytuowania przewodu prądowego w przestrzeni pomiarowej

przyrządu.

natężenie przepływu gazu osłonowego

Proces spawania powinien być prowadzony zgodnie z instrukcją technologiczną (WPS), w której

dla określonego złącza zawarte są parametry technologiczne procesu, między innymi natężenie

przepływu gazu osłonowego (MIG/MAG, TIG). Odpowiednią wartość natężenia przepływu (strumień

objętości wg PN-EN ISO 15609-1) ustawia się na reduktorze butlowym lub sieciowym, odczytując

wskazania na wskaźniku rotametrycznym lub na rurce rotametrycznej. Doraźnie stosuje się pomiary

natężenia przepływu gazu na wylocie z uchwytu spawalniczego za pomocą odpowiedniej rurki

rotametrycznej (wskazuje rzeczywisty przepływ).

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Pomiary, kontrola i rejestracja danych w spawalnictwie

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

4.6

AW 4

b)

a)

Rys. 4.7.

Przykłady kontroli przepływu gazu

a)

rotametryczny wskaźnik przepływu, b) manometryczny wskaźnik przepływu

b)

b)

c)

a)

Rys. 4.8.

Doraźna kontrola przepływu gazu bezpośrednio z dyszy uchwytów spawalniczych

a) rotametr
b) p

rzykład zastosowania rotametru do kontroli przepływu z dyszy uchwytu TIG

c)

przykład zastosowania rotametru do kontroli przepływu z dyszy uchwytu MAG

temperatura

W procesach

spawalniczych wykorzystywane są rożne metody pomiaru temperatury. Do najczęściej

stosowanych metod zaliczyć należy:
-

pomiar za pomocą indykatorów termicznych,

- termoparowa: kontaktowy, przygrzane termopary
- pirometryczna
- termowizyjna (kamera)

termo indykatory kredkowe

Termoindykatory kredkowe

służą do określania temperatury w pracach spawalniczych oraz

obróbce cieplnej. Temperaturę określa topiący się ślad, naniesiony termoindykatorem na powierzchnię

przedmiotu. Termoindykatory wykonuje się w postaci prasowanych prętów. Posiadają one

następujące oznaczenia: TK55, TK80, TK105, TK120, TK155, TK200, TK280, TK320, TK540,
TK800,

gdzie liczby oznaczają znamionową temperaturę topnienia w stopniach Celsjusza

[18]

.

Zaletą

jest szyb

ka możliwość wykonania pomiaru w różnych miejscach (materiał spawany, spoina). Metoda

n

adaje się do sprawdzenia temperatury podgrzewania w warunkach polowych. Wadą jednak jest mała

precyzja pomiaru. Określony jest jedynie przypadek gdy temperatura jest niższa lub przekroczy

graniczną wartość indykatora.

Nie zaleca się stosowania termokredek do sprawdzania temperatury w obszarze spoiny. Materiał

kredki, szczególnie w przypadku nie stopienia, może powodować niezgodności spawalnicze np.

porowatość.

Rys. 4.9. Termoindykatory kredkowe

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Pomiary, kontrola i rejestracja danych w spawalnictwie

4.6

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 5

Termometry stykowe

Termometry stykowe wykonywane jako termometry termoelektryczne i termometry rezystancyjne.

Czujnik termoelektryczny stanowi termopara zbudowana z dwóch termoelektrod z różnych metali np.
typu J, K, N, T, E albo z termoelementów na bazie platyny typu S, R, B. Natomiast termometry

rezystancyjne zbudowane są na bazie czujnika rezystancyjnego reagującego miana rezystancji

właściwej na zmianę temperatury. W tych termoelementach czujnik zbudowany jest na bazie platyny i
niklu typu Pt1

00, Pt500, Pt1000, Ni100. Czujniki (termoelektryczny, rezystancyjny) umieszczone są w

osłonie odpornej na warunki środowiskowe w jakich temperatura ma być mierzona. Z drugiej strony

czujniki zakończone są głowicą do podłączenia przewodów pomiarowych. Czujniki te umożliwiają

wielokrotny pomiar temperatury w różnych warunkach środowiskowych. Z uwagi jednak na

umieszczenie czujnika pomiaru temperatury w dodatkowej osłonie występuje pewna inercja

(opóźnienie) w pomiarze temperatury. Czujniki te można stosować do pomiaru temperatury cieczy i
gazów.

W przypadku pomiaru temperatury ciał stałych (metali) należy się liczyć z dużym błędem

pomiaru.

Do określania np. temperatury materiału spawanego w czasie procesu spawania lub obróbki

cieplnej należy wybierać termometry o najmniejszej średnicy płaszcza ochronnego. W tym przypadku

opóźnienie wynikające z przepływu ciepła przez płaszcz ochronny będzie zminimalizowane.

a)

b)

c)

d)

e)

Rys. 4.10. Termometry stykowe:

a) w osłonach metalowych/ceramicznych

b) w osłonach specjalnych

c) płaszczowe
d) przewodowe

e) wkłady pomiarowe

termopary

Termopary zbudowane są zazwyczaj z przewodów termoparowych. Przewody te wykonane są z

różnych materiałów i charakteryzują się ściśle określonym składem chemicznym. Każde ze złączy
termoparowych posiada charakterystyk

ę napięcia termoparowego w funkcji temperatury. Przyrządy

termoparowe dokonują pomiaru napięcia i po odpowiednim przekształceniu uzyskiwane są wskazania

bezpośrednio w jednostkach pomiaru wielkości mierzonej tj. stopniach Celsjusza.

Termopary charakteryzują się najmniejszą bezwładnością cieplną w porównaniu do

prezentowanych czujni

ków i są najczęściej stosowane w procesach spawalniczych do pomiaru

temperatury zarówno warunkach stacjonarnych jak i poligonowych.

Istotne jest jednak wykonanie samego złącza termoparowego [19][20]. Na rysunku 4.11

przedstawiono schematycznie dwa typy termopar:

objętościowa i powierzchniowa oraz przebiegi

temperatury przy wymuszeniu skokowym. Zdecydowanie lepsza zarówno pod względem dynamiki
p

omiaru i dokładności jest termopara powierzchniowa.

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Pomiary, kontrola i rejestracja danych w spawalnictwie

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

4.6

AW 6

Rys. 4.11. Pomiar temperatury zmiennej skokowo termoparami o

różnych konstrukcjach: a) typu objętościowego, b) typu
powierzchniowego

Rys. 4.12.

Przykład pomiaru temperatury termoparą:

a)

objętościową, b) powierzchniową [21]

Zarówno termoelektryczne termometry stykowe jak i same termopary działają w oparciu o

generacje napięcia termoparowego (siły termoelektrycznej). W celu umożliwienia porównania

własności poszczególnych matali stosowanych w złączach termoparowych podaje się siłę

termoelektryczną poszczególnych metali względem platyny – rysunek 4.13.

Rys. 4.13.

Siła termoelektryczna E metali i stopów względem platyny w funkcji temperatury

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Pomiary, kontrola i rejestracja danych w spawalnictwie

4.6

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 7

a) termoelementy do pracy w temperaturze maksymalnej 1820

O

C

- PtRh13-Pt (R) do pracy w zakresie temp. od –100 do 1760

O

C,

- PtRh10-Pt (S) do pracy w zakresie temp. od –50 do 1760

O

C,

- PtRh30-PtRh6 (B) do pracy w zakresie temp. od 0 do 1820

O

C,

- Fe-CuNi konstantan (B) do pracy w zakresie od –210 do 1200

O

C,

- Cu-CuNi konstantan (T) do pracy w zakresie od –270 do 400

O

C,

- NiCr-NiAl (K) do pracy w zakresie od –270 do 1370

O

C,

- Chromel-kopel do pracy w zakresie od –50 do 800

O

C,

b) termoelementy wyskotemperaturowe
- W-Mo do pracy do temperatury 2200

O

C,

- W- (74%W+26%Re) do pracy w temperaturze do 2200

O

C,

- (95%W+5%Re)-(80%W+20%Re) do pracy w zakresie temperatur od 0 do 2400

O

C,

- Ir-(60%Ir+40%Rh) do pracy w zakresie od 0 do 2100

O

C,

- grafit-W do pracy w zakresie temperatur od 0 do 2450

O

C,

- Pallaplat (60%Au+30%Pd+10%Pt)-(90%Pt+10Rh) do pracy w zakresie od 0 do 1200

O

C,

- grafit-(grafit+0,2%B) do pracy do temperatury 2600

O

C

,

bezstykowy pomiar temperatury

Do bezstykowego pomiaru temperatury zaliczamy pirometry i kamery termowizyjne. Pirometr i

kamery termowizyjne działają w oparciu o analizę promieniowania cieplnego emitowanego przez
badane

ciało. Pomiar wymaga jednak ustawienia współczynnika emisyjności elementu (ciała), którego

temperaturę chcemy mierzyć. Współczynnik ten przyjmuje jednak różne wartości w zależności od

stanu powierzchni materiału badanego (szlifowana, polerowana, utleniona itd.). Powierzchnia szklista

(polerowana) wskazywać może wyższe temperatury niż powierzchnia porowata czy pokryta rdzą.

Pirometr umożliwia pomiar temperatury w jednym wybranym punkcie. W niektórych rozwiązaniach na
czas p

omiaru włącza się wskaźnik laserowy dla określenia miejsca pomiaru temperatury.

Kamery termowizyjne dają obraz całego rejestrowanego obszaru. Należy jednak mieć

świadomość, że w kamerach również wprowadzany jest współczynnik emisyjności. Wprowadzana jest

jednak tylko jedna wartość dla wybranego, najistotniejszego elementu (materiału). Dla tego elementu

uzyskujemy wprawdzie w miarę dokładne wartości temperatury jednak temperatury pozostałych
elementów s

ą jedynie przybliżone (orientacyjne).

a)

b1)

b2)

Rys. 4.14. Pirometry (a) i kamery termowizyjne (b1, b2).

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Pomiary, kontrola i rejestracja danych w spawalnictwie

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

4.6

AW 8

Tabela 1. Zalety i wady czujników do pomiaru temperatury.

Cechy
charakterystyczne

Zalety

Wady

termokredki

- zakres pomiarowy

około 55 ÷ 820

O

C

-

dokładność pomiaru +/- 5

O

C

- zmiana koloru po 1-2sek
- niski koszt
-

możliwość stosowania w

warunkach polowych

- ograniczony zakres pomiary temperatury

do około

max 800

O

C

- sk

okowa możliwość pomiaru temp, określania

przez producenta
- wykrycie tylko przekroczenia temperatury
-

materiał kredki może prowadzić do powstania

niezgodności spawalniczych w przypadku pomiaru
temp. W spoinie

- pirometry

-

rozdzielczość

pomiaru > 1mm
- czas pomiaru > 0.15s

- pomiar bezkontaktowy

-

konieczność wprowadzenia emisyjności

-

każdy materiał a nawet jego gładkość powierzchni

wymaga oddzielnej emisyjności (możliwy błąd max
20% [2])
-

brak pełnego jednego zakresu pomiarowego w

zakresie 0-2200

O

C

-

zależność emisyjności:

- od

kształtu powierzchni badanej (płaska,

cylindryczna) (możliwy błąd max 50%[2])
-

kata padania wiązki promieniowania odbitego

- rodzaju powierzchni szklista porowata
-

wrażliwość na:

-

promieniowanie odbite (łuk spawalniczy)

-

wilgotność powietrza

- dymy spawalnicze
-

stosunkowo długi czas pomiaru

-

stosunkowo duża bezwładność pomiaru

- kamery
termowizyjne

-

pełny obraz obiektu

- pomiar bezkontaktowy
- obraz temperatury wielu
punktów

termopary

- zakres pomiaru:
a) -200 ÷ 1300

O

C typ

K (NiCr-NiAl)
b) 0 ÷ 1800

O

C typ B

(PtRh30-PtRh6)
c) 0 ÷ 2300

O

C typ G

(W-WRe)

-

mała bezwładność pomiaru <

20ms
-

odporność na:

- p

romieniowanie odbite (łuk

spawalniczy)
-

wilgotność powietrza

- dymy spawalnicze
-

możliwość pomiaru w

miejscach niewidocznych

-

konieczność

wykonania

galwanicznego

połączenia

Dla uzyskania najdokładniejszych pomiarów temperatury zaleca się stosowanie termoparowego

pomiaru temperatury z uwagi na szereg zalet:

-

mała bezwładność pomiaru < 20ms

-

pomiar temperatury w pełnym zakresie zmian jakie występują w procesach spawalniczych (0 –

2200

O

C),

-

odporność na:

-

promieniowanie odbite (łuk spawalniczy)

-

wilgotność powietrza

- dymy spawalnicze
-

możliwość pomiaru w miejscach niewidocznych

Zasadnicza wadą termoparowego pomiaru temperatury jest konieczność przygrzania termopary

do elementu którego temperaturę chcemy mierzyć. Jednak dla uzyskania najdokładniejszych

pomiarów nie jest to przeszkodą.

Z uwagi na dokładność pomiaru temperatury w praktyce spawalniczej stosuje się najpierw pomiar

termoparowy, stykowy, pirometryczny w ostatniej kolejności indykatorami termicznymi. Często jednak
z uwag

i na funkcjonalność na warsztacie i koszt aparatury stosuje się dostępne i tańsze metody.

prędkość podawania drutu (MIG/MAG, TIG z automatycznym podawaniem drutu)

Jednym z podstawowych parametrów spawania jest prędkość podawania drutu elektrodowego

(MIG/

MAG) lub spoiwa w przypadku spawania metodą TIG ze zmechanizowanym podawaniem drutu.

Stabilność procesu spawania jest zapewniona dzięki odpowiedniej charakterystyce źródła spawania,

która jest odpowiedzialna za samoregulację długości łuku spawalniczego (MIG/MAG) lub dzięki

podawaniu z odpowiednią prędkością spoiwa do jeziorka ciekłego metalu (TIG). Procesy te mogą być

zakłócone w wyniku: oporów podawania drutu w uchwycie spawalniczym, sztywnością drutu, jego

chropowatością, zabrudzeniami, momentem hamującym szpuli drutu elektrodowego, zużyciem rolek

podajnika oraz innymi czynnikami. Dla sprawdzenia poprawności prędkości podawania drutu

instalowane jest dodatkowe wyposażenie w postaci odpowiednich rejestratorów. Pracują one na

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Pomiary, kontrola i rejestracja danych w spawalnictwie

4.6

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 9

zasadzie zliczania impulsów prze

twornika obrotowo impulsowego lub generacji i pomiarze napięcia

proporcjonalnego do prędkości obrotowej (prądnica tachometryczna). Sprzężenie układów

pomiarowych z drutem spawalniczym zrealizowane jest za pomocą rolek pomiarowych. Posuw drutu
spawalniczego

wprawia w ruch rolki układu pomiarowego dając w efekcie bezpośrednie wskazania w

jednostkach pomiaru prędkości podawania drutu tj. cm/min. Część oferowanych na rynku urządzeń

spawalniczych ma już fabrycznie wbudowany wskaźnik prędkości podawania drutu. Jednak ze

względu na proces walidacji urządzeń przeprowadza się zewnętrzny niezależny pomiar tej wielkości.

Zaawansowane urządzenia do np. spawania z impulsowym podawaniem drutu elektrodowego

(np. spawanie CMT) ma wbudowany kontroler prędkości podawania drutu. Sygnał z kontrolera nie jest

informacją użyteczną dla obsługi z uwagi na cykliczne zmiany prędkości ale jest wykorzystywany do

sterowania w pętli sprzężenia zwrotnego.

2)

Przyrządy (aparatura) (typy, aplikacje pomiarowe)

Poniżej przedstawiono aplikacje pomiarowe do monitorowania procesów spawania i zgrzewania.

Elektroda górna

Elektroda dolna

Element zgrzewany

Czujnik pomiaru prądu

di/dt

Tor pomiaru prądu

Karta pomiarowa

zintegrowana z PC

Tor pomiaru napięcia

Komputer przemysłowy

Sieć internetowa

Tor pomiaru siły

Tensometryczny

przetwornik siły

P - ciśnienie

Siłownik

pneumatyczny

Rys. 4.15.

System pomiaru parametrów w procesie zgrzewania (prąd i napięcie zgrzewania), siła

docisku elektrod i przemieszczenie elektrod.

Rys. 4.16. Widok

przyrządu pomiarowego i ekranu monitora systemu pomiarowego LogWeld w opcji

rejest

racji prądu i napięcia zgrzewania przemieszczenia i siły docisku elektrod.

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Pomiary, kontrola i rejestracja danych w spawalnictwie

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

4.6

AW 10

Rys. 4.17

Schemat układu pomiarowego do monitorowania parametrów spawania IPPS-01 (prąd i

napięcia spawania, szybkość podawania drutu) współpracujący z kartą pomiarową NI DAQ 6036E.

1

2

3

4

5

6

7

Rys. 4.18 S

tanowisko do badania promieniowania łuku spawalniczego a) schemat, b) stanowisko: 1)

urządzenie spawalnicze, 2) rejestrator prądu i napięcia spawania, natężenia promieniowania, 3) PC,

4) łuk spawalniczy, 5) czujnik optyczny, 6) wzmacniacz sygnału optycznego, 7) światłowód.

rejestrator

parametrów

spawania

prąd

napięcie

moc

Rys. 4.19 Stanowisko do pomiarów parametrów spawania wraz z przebiegami parametrów

elektrycznych (prądu, napięcia i mocy spawania)

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Pomiary, kontrola i rejestracja danych w spawalnictwie

4.6

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 11

3) Temperatura (ISO 13916)

, wilgotność wiatr

Poprawny przebieg procesów spawalniczych zależny jest od wielu czynników (technologia,

urządzenie, oprzyrządowanie, materiał). Istotnymi parametrami są również temperatura materiału
spawanego, warunki atmosferyczne w tym wilgot

ność atmosfery (powietrza) oraz zawirowania

powietrza. Parametry te powinny być monitorowane i kontrolowane. Niektóre z parametrów należy

kontrolować i sprawdzać dopuszczalne wartości według norm, a w stosunku do niektórych należy

zagwarantować, by w ogóle nie wystąpiły na stanowisku spawalniczym (silne podmuchy wiatru).

temperatura

Temperatura w aspekcie normy ISO 13916 dotyczy podgrzewania wstępnego. Podstawowym

zadan

iem podgrzewania w procesie spawanie jest zmniejszenie szybkości stygnięcia i zmniejszenie

ryzyka występowania niekorzystnych przemian fazowych w strefie wpływu ciepła oraz w konsekwencji

ograniczenie kruchości i możliwości wytworzenia pęknięć w złączu spawanym. Podgrzewanie

prowadzone jest w zakresie od kilkudziesięciu do kilkuset stopni Celsjusza.

Norma PN-

EN ISO 13916 podaje wymagania dotyczące pomiaru temperatury podgrzania,

temperatury międzyściegowej i temperatury podczas spawania. Temperaturę należy mierzyć na

powierzchni elementu spawanego, a jeśli to możliwe od strony przeciwległej do powierzchni

nagrzewanej. W przeciwnym przypadku temperaturę należy mierzyć na powierzchni nagrzewanej po

usunięciu źródła ciepła. Odległość miejsca pomiaru od rowka spawalniczego powinna wynosić około 4

grubości blachy (4 x t, gdzie t- grubość spawanego elementu). Jednak odległość punktu pomiaru

temperatury nie powinna być większa niż 50 mm dla grubości elementów nie przekraczających 50

mm. Dla większych grubości odległość powinna wynosić 75 mm.

Czas potrzebny na wyrównanie temperatury powinien wynosić około 2 min. na każde 25 mm

grubości materiału podstawowego.

Temperaturę międzyściegową należy mierzyć na powierzchni spoiny lub przylegającego

materiału podstawowego oraz należy ją mierzyć w obszarze spawania bezpośrednio przed przejściem

łuku.

Jako środki pomiaru temperatury można zastosować:
-

materiały czułe na temperaturę (np. termokredki,(TS),

- termometry stykowe (CT),
- termopary (TE),
-

przyrządy optyczne lub elektryczne do bezstykowego pomiaru temperatury (TB)

W instrukcji technologicznej spawania zaleca się podawać środki stosowane do pomiaru

temperatury.

wilgotność

Wilgotność powietrza może wpływać negatywnie na proces spawania w wyniku wytrącanie się

cząsteczek wody zawartej w otaczającym powietrzu. Zbyt wysoka wilgotność powietrza powoduje

skraplanie się wody na powierzchni elementów spawanych. Zgromadzona woda w miejscu spawania

zwiększa ryzyko tworzenia pęknięć zimnych powodowanych oddziaływaniem wodoru, a także

nadmiernej porowatości.

Proces skraplania określany jest za pomocą temperatury punktu rosy, w której, przy danym

składzie gazu lub mieszaniny gazów i ustalonym ciśnieniu, może rozpocząć się proces skraplania

gazu lub wybranego składnika mieszaniny gazu. W przypadku pary wodnej w powietrzu jest to

temperatura, w której para wodna zawarta w powietrzu staje się nasycona (przy określonym składzie i

ciśnieniu powietrza), a poniżej tej temperatury staje się przesycona i skrapla się.

Zjawisko przebiega

intensywniej w przypadku niskich temperatur. Przyjmuje się minimalną wartość temperatury materiału
spawanego na poziomie 5

O

C, poniżej której wymagane jest podgrzewanie wstępne.

Wspomniane podgrzewanie wstępne ma na celu wyeliminowanie wszelkiej wilgoci, która może

wystąpić na brzegach łączonych elementów. Podgrzewanie takie nazywane jest podgrzewaniem

osuszającym.

Wilgoć jest czynnikiem niekorzystnym w przypadku przechowywania materiałów dodatkowych i

materiałów do spawania takich jak: topniki, druty proszkowe i elektrody otulone. Materiały te powinny

być przechowywane w temperaturze w odpowiednich warunkach atmosferycznych (temp. minimalna
18

O

C i wilgotność nie przekraczająca 65%. Dodatkowym zabiegom poddaje się elektrody otulone

przed spawaniem. Elektrody zasadowe powinno poddawać się procesowi suszenia zgodnie z

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Pomiary, kontrola i rejestracja danych w spawalnictwie

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

4.6

AW 12

zaleceniami producenta. Suszenie elektrod prowadzone powinno być w zakresie 150 – 450

O

C w

czasie około 2 godzin. Czas i temperatura jest uzależniona od rodzaju materiału elektrody i otuliny.

Wymagania dotyczące warunków przechowywania materiałów dodatkowych do spawania podaje
producent.

Wilgotność powietrza przechowywania materiałów dodatkowych mierzona jest za pomocą

higrometrów.

Rys. 4.20.

Termohigrometr na podczerwień

wiatr

Zawirowanie i niepożądane podmuchy powietrza są czynnikiem destabilizującym procesy

spawania łukowego w osłonach gazowych. Zawirowania powietrza zmieniają przepływ gazu

osłonowego w wyniku zasysania powietrza. Spawanie prowadzone w nieodpowiedniej osłonie

gazowej uwidacznia się w postaci utlenienia złącza oraz porowatości i pęcherzy gazowych.

Miejsce spawania powinno być osłonięte i nie należy dopuścić do „rozerwania” osłony gazowej w

wyniku podmuchu wiatru. Każde stanowisko spawalnicze na hali produkcyjnej, szczególnie w

przypadku stosowania wentylacji i nawiewu hali powinno być osłonięte i zabezpieczone przed
niekontrolowanymi podmuchami wiatru.

W przypadku spawania na zewnątrz nie stosuje się metod MIG/ MAG i TIG z uwagi na ich

wrażliwość na podmuchy wiatru. Większą odporność na działanie wiatru wykazuje spawanie elektroda

otuloną i drutem proszkowym samoosłonowym. Wynika to z faktu wydzielania się w samym łuku dużej

ilości gazów osłonowych. Ochrona przed dostępem gazu dla drutów samoosłonowych jest bardzo

skuteczna i są one odporne na silne podmuchy wiatru nawet do 6m/s [16].

Ze względu na częste zmiany ukształtowania konstrukcji i zmiany miejsc spawania oraz zmiany

cyrkulacji powietrza (hala, przestrzeń otwarta) pomiary prędkości podmuchu wiatru są mało sensowne
i trudne do realizacji

. Jak zostało nadmienione miejsce spawania powinno być osłonięte, nawet przy

spawaniu na zewnątrz. Przestrzeń w której gazy osłonowe (zadawane MIG/MAG, TIG) i wydzielane

(MMA, druty samo osłonowe) tworzą ochronę dla płynnego jeziorka spawalniczego są widoczne przez

spawacza. Jeśli mamy do czynienia ze zbyt silnymi podmuchami spowodowanymi wiatrem lub

odciągiem stanowiskowym to objawia się to widocznymi zakłóceniami w postaci turbulencji i asymetrii
w stosunku do miejsca spawania (spoiny) – rysunek 4.21

Zaleca się by prędkość przepływu powietrza w strefie spawania nie była jednak większa niż

0.3m/sek [5][6]

. Dla specjalnych procesów spawania wymagających stabilnych warunków wietrznych

prowadzi

się pomiar prędkości wiatru za pomocą areometrów (wiatromierzy).

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Pomiary, kontrola i rejestracja danych w spawalnictwie

4.6

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 13

V = 0

V =2.2m/s

a)

b)

f=12mm

f=12mm

Rys. 4.21.

Schemat wpływu podmuchu wiatru na układ strumienia gazu osłonowego (TIG, MAG)

a) bez podmuchu wiatru (

prawidłowa osłona gazu ochronnego)

b) z podmuchem wiatru [22]

4)

czas stygnięcia ∆t

8 / 5

W procesie spawania obszary materiału leżące w obrębie spoiny są nagrzewane do różnych

temperatur maksymalnych. Temperatura ta zależy od odległości danego punktu od spoiny.

Rys. 4.22. Cykle cieplne spawania

Oprócz temperatury maksymalnej parametrem charakteryzującym cykle cieplne jest czas

stygnięcia złącza w zakresie temperatury 800 – 500

O

C. Czas ten oznaczany jest w literaturze jako

t

800-500

lub t

8/5

. W zależności od parametrów cyklu cieplnego (T

max

, t

8/5

) otrzymujemy różne struktury

metalograficzne, które charakteryzują się różnymi własności.

Czas t

8/5

jest parametrem odniesienia dla badawczych technik symulacyjnych. W badaniach

symulacyjnych materiał badany poddawany jest symulowanym cyklom cieplnym i po cyklu

nagrzewania i chłodzenia przeprowadzane są badania np. twardości, udarności, metalograficzne oraz

inne. Badania te są przeprowadzane w szczególności do nowych materiałów dla określenia ich

spawalności i zarazem dla wyznaczenia najkorzystniejszych parametrów technologii spawania i

dodatkowych wymagań np. podgrzewania w czasie spawania.

Metodyka symulowanych cykli cieplnych polega na zadawaniu cyklu cieplnego, najbardziej

zbliżonego do procesu rzeczywistego ale w warunkach dla których można dokonywać pomiaru

wielkości charakterystycznych materiału badanego tj.: temperatury, dylatacji, przenikalności

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Pomiary, kontrola i rejestracja danych w spawalnictwie

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

4.6

AW 14

magnetycznej. Temperatura maksymalna cyklu zadawana w procesie symulacji nie przekracza z

reguły 1350

O

C. W tej temperaturze próbka (stalowa) nie ulega jeszcze stopieniu a jednocześnie

możliwy jest pomiar wspomnianych wielkości. Wartość temperatury jest również wystarczająca z
punktu badawczego, do zaobserwowania str

ukturalnych zmian materiału i jego własności.

W aparaturze badawczej głównymi parametrami zadanymi cyklu cieplnego jest temperatura

maksymalna T

max

i czas chłodzenia w zakresie 800 – 500

O

C. Te trzy punkty

są wystarczające dla

wyznaczenia

krzywej chłodzenia realizowanej przez aparaturę elektroniczną stanowiska badawczego.

Źródła ciepła mogą być różne. Najczęstsze spotykane techniki nagrzewania to nagrzewania ciepłem

Joule’a (przepływającym prądem) lub promieniowaniem lamp grzewczych. Źródło ciepła determinuje

kształt i wielkość próbek oraz parametry, które mogą być mierzone i rejestrowane w czasie badań.

Na rysunkach 4.23 i 4.21 przedstawiono dwa stanowiska badawcze. Pierwsze stanowisko –

symulator cykli cieplno odkształceniowych (nagrzewanie ciepłem Joule’a), drugie stanowisko do

badania przemian fazowych (nagrzewanie ciepłem promieniowania lamp grzewczych).

Rys. 4.23. Stanowisko symulatora cykli ciepln

o odkształceniowych

Rys. 4.24. Stanowisko do badania przemian fazowych

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Pomiary, kontrola i rejestracja danych w spawalnictwie

4.6

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 15

czas

temperatura

te

mp

e

ra

tu

ra

m

ag

m

et

yz

m

d

yl

at

acj

a

a)

b)

Rys. 4.25. Zarejestrowane przebiegi w

ielkości mierzonych (temperatury, strumienia

magnetycznego i dylatacji (rozszerzalności termicznej).

a)

funkcji czasu, b) przekształcone w funkcji temperatury

Na podstawie przeprowadzonych badań tj. symulacji cykli cieplnych oraz badań niszczących

wybiera

się rodzaj technologii spawania i określa się najkorzystniejsze parametry procesu spawania.

Parametrem odniesienia jest czas t

8/5

i jest on podstawowym parametrem w metodykach badawczym.

W warunkach produkcyjnych nie praktykuje się pomiaru czasu t

8/5

, mo

że natomiast on być mierzony

w czasie procesu kwalifikowania technologii.

5)

Parametry spawania (napięcie, prąd, prędkość podawania drutu, prędkość przepływu gazu)

Podstawowe parametry procesu spawania to parametry elektryczne, takie jak napięcie łuku i

natężenie prądu spawania. W zależności od metody spawania kolejne istotne parametry to: prędkość

podawania drutu, prędkość spawania i natężenie przepływu gazu osłonowego. Istnieje wzajemna

korelacja pomiędzy poszczególnymi parametrami, która w efekcie umożliwia prowadzenie procesu

spawania w sposób powtarzalny z dobrą jakością. Dopuszcza się pewien zakres zmian

poszczególnych parametrów przy których proces przebiega prawidłowo. Odpowiednia nastawa

parametrów przed procesem (np. przepływ gazu) oraz kontrola w trakcie (prąd, napięcie, prędkość

podawania drutu) jest podstawowym wymogiem z punktu widzenia zapewnienia powtarzalności

procesu i zagwarantowania odpowiedniej jakości.

6) Kontrola w obróbce cieplnej(sz

ybkość nagrzewania i chłodzenia, ISO/TR 17663)

W normie PN-

EN ISO 17663 podano wymagania jakościowe dotyczące obróbki cieplnej

elementów spawanych, prowadzonej w powietrzu lub w atmosferach kontrolowanych. Z punktu
widzenia kontroli procesu najistotniejszy jest programator do zadawania cyklu cieplnego i aparatura do
pomiaru i rejestracji temperatury.

Norma precyzuje rozmieszczenie termopar w piecu (300 mm od strony załadunku elementu, u

góry i dołu pieca w przeciwległych narożnikach) oraz liczbę punktów pomiaru temperatury w piecu i na
elemencie spawanym poddawanym obróbce cieplnej.

Dopuszczalne różnice pomiaru temperatury w różnych punktach w zależności od klas

dokładności podano w tablicy 2.

Tabela 2. Dopuszczalne zmiany temperatury

dla klas jakości

Temperatura mierzona

[

O

C]

zakresy zmian temperatury dla klas jako

ści

I

II

III

T < 300

15

10

6

300

≤ T ≤ 700

20

15

10

700

≤ T ≤ 1.000

30

20

15

1.000

≤ T ≤ 1.300

40

30

20

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Pomiary, kontrola i rejestracja danych w spawalnictwie

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

4.6

AW 16

Parametry obróbki cieplnej zależą od rodzaju materiału i jego grubości. W zależności od tych

parametrów oraz rodzaju samej obrób

ki cieplnej parametry są następujące:

-

temperatura załadunku pieca (początkowa temperatura wsadu)

-

prędkość nagrzewania

- temperatura wygrzewania (wytrzymania),
- czas wygrzewania
-

prędkość chłodzenia

-

temperatura wyładunku z pieca (końcowa temperatura wsadu)

W czasie obróbki cieplnej ustalana jest minimalna liczba punktów pomiaru temperatury w

atmosferze pieca w zależności od objętości komory grzewczej pieca (tabela 3).

Tabela 3. Minimalna liczba punktów pomiaru temperatury w atmosferze pieca

Objętość grzewcza pieca

V

m

3

Liczba punktów pomiaru temperatury

V < 40

40

≤ V < 60

60

≤ V < 80

80

≤ V < 100

V

≥ 100

2
3
4
5
6

Wytwórca (elementów spawanych)

zobowiązany jest do przeprowadzenia pomiarów i rejestracji

wyników oraz wykonania protokołu obróbki cieplnej. Protokół powinie zawierać:

-

określenie wyrobu

-

informacje o materiale (opis materiału, wymiary)

- opis aparatury pomiarowej
-

rodzaj obróbki cieplnej (podgrzewanie wstępne, normalizacja)

- metoda obróbki cieplnej (nagrzewanie: w piecu, indukc

yjne, oporowe, płomieniowe)

-

początkowa temperatura wsadu

-

prędkość nagrzewania

- temperatura wygrzewania
- czas wygrzewania
-

prędkość chłodzenia

-

temperatura wyładunku

- sposób pomiaru temperatury oraz liczba i rozmieszczenie punktów pomiarowych
- mi

ejsce i dane dotyczące obróbki cieplnej

Wy

magania dotyczące walidacji wyposażenia i aparatury pomiarowej:

-

sprawdzenie czujników pomiaru temperatury pieca (termopar) co 36 miesięcy lub po

naprawie

- sprawdzenie regulatora temperatury -

co 12 miesięcy

- s

prawdzenie urządzeń rejestrujących - co 6 miesięcy

- sprawdzenie systemu pomiarowego –

co 12 miesięcy

Dla stacjonarnych urządzeń okresy walidacji mogą być wydłużone dwa razy.

Wytwórca konstrukcji spawanej jest w pełni odpowiedzialny za ustalenie i wykonanie obróbki

cieplnej. Procedura powinna być zgodna z wymaganiami dla materiału podstawowego, rodzaju złącza

spawanego, wielkości konstrukcji itp. Powinno się również zapewnić zgodność z normą wyrobu i

dodatkowymi wymaganiami. Podczas tego procesu należy opracować protokół obróbki cieplnej.

Wymagania odnośnie zapisów dotyczących obróbki cieplnej po spawaniu zawiera norma PN-EN

ISO 3834-2.

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Pomiary, kontrola i rejestracja danych w spawalnictwie

4.6

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 17

7)

Kalibracja i walidacja sprzętu spawalniczego

Procedury walidacji i kalibracji w odniesieniu do spawalniczego sprzętu ujęte zostały w normie

PN-EN ISO 17662

Spawanie. Wzorcowanie, sprawdzanie i walidacja sprzętu używanego do

spawania, łącznie z czynnościami pomocniczymi [4].

Podstawowym celem wzorcowania, sprawdzania i walida

cji sprzętu używanego do spawania jest

wg [4]

określenie wpływu różnych zmiennych procesu na wynik końcowy, a w szczególności na

możliwość weryfikacji produkcji przez późniejsze monitorowanie, kontrolę i badanie.

Definicje używanych pojęć są następujące:

Walidacja (inaczej: sprawdzenie)

to potwierdzenie poprzez przedstawienie dowodu obiektywnego, że

zostały spełnione wymagania dotyczące konkretnego zamierzonego użycia lub zastosowania (EN ISO
9000:2000). W naukach technicznych i informatyce jest to

działanie mające na celu potwierdzenie w

sposób udokumentowany i zgodny z założeniami, że procedury, procesy, urządzenia, materiały,

czynności i systemy rzeczywiście prowadzą do zaplanowanych wyników [11].

Innymi słowy walidacja ma wykazać (potwierdzić) powtarzalność danego procesu/metodyki w

odniesieniu do pewnego przyjętego wcześniej wzorca postępowania i przyjętych założeń.

Walidacja

przyrządów pomiarowych (mierników) jest to sprawdzenie wskazań

sprawdzanego przyrządu pomiarowego w odniesieniu do wskazań przyrządu wzorcowego oraz
o

kreśleniu różnicy wskazań do ustalonych wymagań tj. błędu dopuszczalnego lub

dopuszczalnej niepewności pomiaru [14].

Wzorcowanie (inaczej: kalibracja)

to działania mające na celu wykazanie (określenie) błędów

przyrządów pomiarowych i jeśli jest konieczność określenia innych metrologicznych własności [8].
W

edług normy EN ISO 9000:2000 jest to potwierdzenie, poprzez przedstawienie dowodu obiektywnego,

że zostały spełnione wyspecyfikowane wymagania. Według [12] to ogół czynności ustalających relację

między wartościami wielkości mierzonej wskazanymi przez przyrząd pomiarowy a odpowiednimi

wartościami wielkości fizycznych, realizowanymi przez wzorzec jednostki miary wraz z podaniem

niepewności tego pomiaru. Wynik wzorcowania pozwala na wyznaczenie poprawek wskazań przyrządu

pomiarowego i powinien być poświadczony świadectwem wzorcowania lub protokołem wzorcowania.

W uproszczeniu wzorcowanie

jest to określenie różnicy pomiędzy wskazaniem przyrządu

wzorcowego,

a wskazaniem przyrządu wzorcowanego z uwzględnieniem niepewności pomiaru

dokonanego przy pomocy przyrządu wzorcowego.

W praktyce walidacja i kalibracja urządzeń polega na pomiarze głównych wielkości

c

harakterystycznych procesów spajania np. prądu i napięcia spawania, prędkości podawania drutu,

prędkości przepływu gazu oraz innych np. temperatury w czasie spawania lub obróbki cieplnej.

Najczęściej sprawdzanymi parametrami to prąd i napięcie spawania. Pomiar tych wielkości

powinien być przeprowadzany nie rzadziej niż raz do roku. W zależności od specjalnych wymagań

użytkownika walidacja powinna być wykonywana w krótszych odstępach czasu (PN-EN 50504).

W procesie walidacji rozróżniamy dwa poziomy dokładności:
-

ocenę standardową

-

ocenę dokładną

Dokładności walidacji przyrządów pomiarowych (mierników) zabudowanych w urządzeniach

spawalniczych przedstawiono poniższych tabelach.

Tabela 4. Dokładność walidacji dla oceny standardowej spawalniczych źródeł energii

Wartość

Dokładność

Prąd i napięcie

± 10 %

± 2,5 %

wartości rzeczywistej, pomiędzy 100 % i 25 %
nastawienia maksymalnego

nastawienia maksymalnego, poniżej 25% nastawienia
maksymalnego

Mierniki analogowe

Klasa 2,5

Mierniki cyfrowe

-

prądu

-

napięcia

± 2,5 %

± 2,5 %

maksymalnego znamionowego prądu spawania

biegu jałowego, albo według specyfikacji producenta

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Pomiary, kontrola i rejestracja danych w spawalnictwie

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

4.6

AW 18

Tabela 5.

Dokładność walidacji dla oceny dokładnej spawalniczych źródeł energii

Parametr

Dokładność

Prąd

±2,5%

±1%

wartości rzeczywistej, pomiędzy 100 % i 40 %
nastawienia maksymalnego

nastawienia maksymalnego, poniżej 40% nastawienia
maksymalnego

Napięcie

±5%

±2%

wartości rzeczywistej, pomiędzy 100 % i 40 %
nastawienia maksymalnego

nastawienia maksymalnego, poniżej 40% nastawienia
maksymalnego

Mierniki analogowe

Klasa 1

Mierniki cyfrowe

Prądu

Napięcia

±1%

±1%

maksymalnego

znamionowego prądu spawania

biegu jałowego, albo według specyfikacji producenta

Walidacja

(standardowa, dokładna) może być przeprowadzona w ograniczonym zakresie,

z

godnie z ustaleniami producenta i użytkownika lub określona w technologii spawania

Sprzęt do procesu walidacji powinien być dwa razy, a najlepiej pięć razy dokładniejszy niż

dokładność badanego przyrządu pomiarowego (miernika) i powinny być kalibrowany przez uznaną

jednostkę certyfikującą zgodnie z obowiązującymi standardami krajowymi.

Po zakończeniu sprawdzenia należy oznakować urządzenia etykietą, określającą czy dany sprzęt

przeszedł sprawdzenie pozytywnie lub negatywnie.

Walidacja w rozumieniu sprawdz

enia urządzeń spawalniczych jest często przeprowadzona przez

użytkowników we własnym zakresie. Działania te są wskazane dla uzyskania ogólnej wiedzy na temat

sprawności oceny poprawności procesu. Jednak należy być świadomym, że niektóre z metod
pomiarowych wymaga

ją specjalistycznej wiedzy i aparatury. Ponadto proces walidacji wymaga

określonych procedur postępowania. Nie dopełnienie wszystkich wymagań może doprowadzić do

uzyskania zafałszowanego obrazu dotyczącego wskazań przyrządów, a przez to prowadzenie

procesu pod błędnym nadzorem i kontrolą parametrów.

W praktyce w

przypadku przekroczenia wskazań w procesie kalibracji powyżej dopuszczalnych

błędów należy przeprowadzić proces adiustacji mający na celu doprowadzenie przyrządu

pomiarowego do stanu działania odpowiadającego jego przeznaczeniu [13]. Celem adiustacji

doprowadzenie do uzyskania tych samych wskazań przyrządu pomiarowego (miernika)
zainstalowanego np. w spawarce ze wskazaniem

wzorcowego przyrządu pomiarowego [14].

Walidacja powinna być przeprowadzana raz w roku, jeśli nie określono tego inaczej. Czas ten

może być jednak krótszy gdy są odpowiednie wymagania wytwórcy przyrządu lub wymagania

użytkownika lub gdy są powody aby uznać, że działanie sprzętu się pogorszyło. Walidacja powinna

być przeprowadzana zawsze po naprawie sprzętu.

Wytwórca konstrukcji spawanej jest odpowiedzialny za odpowiednie wzorcowanie i walidowanie

sprzętu do pomiaru, kontroli i badania. Ponosi również odpowiedzialność karną w przypadku

niedopełnia obowiązków.

Oprócz procedur walidacji i kalibracji wytwórca (elementów spawanych) w swoim procesie

produkcji jest odpowiedzialny za stan techniczny urządzeń a tym samym za bezpieczeństwo
pracowników (spawaczy)

użytkujących sprzęt. Jest zobligowany do przeprowadzenia badań

kontrolnych sprzętu spawalniczego wg PN-EN 60974-4.

Pomiary te dotyczą ochrony przed porażeniem elektrycznym i dotyczą sprawdzenia ciągłości

obwodu ochronnego, rezystancji iz

olacji (stanu izolacji) napięcia w stanie bez obciążenia. Badania te

powinny być przeprowadzane w odstępach nie dłuższych niż 1 rok.

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Pomiary, kontrola i rejestracja danych w spawalnictwie

4.6

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 19

Literatura:

[1] Praca zbiorowa, Poradnik elektryka, Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne Warszawa 1995.
[2]

Wesołowski M., Niedbała R., Kucharski D.: Wiarygodność termowizyjnych techniki pomiaru

temperatury. Przegląd elektrotechniczny12/2009.

[3]

Poradnik Inżyniera, Spawalnictwo tom 1, 2 WNT Warszawa 2005.

[4]

PN EN ISO 17662 „Spawanie. Wzorcowanie, sprawdzanie i walidacja sprzętu używanego do

spawania, łącznie z czynnościami pomocniczymi ”

[5]

Pierożek B. Spawanie w osłonie C0

2

. Normatywy technologiczne – Roboty Spawalnicze.

MPM-Tr/Sp-04. 100/187 Warszawa 1970

[6]

Pałasz J. Spawanie gazowe blach i rur stalowych. Normatywy technologiczne. Roboty
spawalnicze MPM-R1 Sp-

04.200/194. Wydawnictwo przemysłu maszynowego WEMA Warszawa

1975.

[7] PN-EN 1090-2. Wykonanie konstrukcji stalowych i aluminiowych cz2.: Wymagania techniczne

dotyczące konstrukcji stalowych.

[8] PN-

EN 5054 Walidacja sprzętu do spawania łukowego

[9] http://www.eti.pg.gda.pl/katedry/kmoe/dydaktyka/Metrologia/cw1.pdf

[pomiar prądu i napięcia]

[10] http://pl.wikipedia.org/wiki/Przek%C5%82adnik_pr%C4%85dowy

[przekładniki prądowe]

[11] http://pl.wikipedia.org/wiki/Walidacja_(technika)

[walidacja]

[12] http://pl.wikipedia.org/wiki/Kalibracja
[13] http://pl.wikipedia.org/wiki/Adiustacja

[adiustacja]

[14] http://www.knws.uz.zgora.pl/history/pdf/knws_05_olencki_a.pdf
[15] http://www.e-spawalnik.pl/?temperatura-podgrzewania-wstepnego-kalkulator,158
[16] Klimpel A.:

Technologie spawania i cięcia metali zgrzewania. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej

Gliwice 1997.

[17] http://thermocenter.home.pl/Stacja_pogody_35_1039-82.html

[pomiar podmuchu wiatru]

[18] http://www.zbus.pl/kredki.php

[termoindykatory kredkowe]

[19] Z.

Mikno.: Symulacje i pomiar rozkładu temperatury w elementach małogabarytowych

stosowanych w badaniach przemian strukturalnych w stalach w warunkach symulowanych cykli
cieplnych spawania. VII konferencja Symulacja 2010 Sulejów 2010.

[20] Z.

Mikno, B. Grzesik., M. Stępień., M. Łomozik., M. Zeman., A. Pilarczyk:: Referat pt.: Impact of

geometric features of thermocouple on absolute temperature of structural transformations in steel
in welding conditions

. Materiały konferencyjne - IIW International Congress on Welding & Joining.

Teheran/Iran 30.11-3.12.2009.

[21]

Z. Mikno: Sprawozdanie z projektu badawczego własnego nr N505 002 31/0255 pt.: Opracowanie
systemu i metodyki pomiarowej w badaniach przemian strukturalnych w stalach, w warunkach
cykli cieplnych spawania. Archiwum Instytutu Spawalnictwa 2010, nr identyfikacyjny Id-124.

[22] Bezbax D. Spawanie na odkrytych przestrzeniach ww budowie i remoncie statków. Wydawnictwo

Sudostrenie, Leningrad 1974

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Pomiary, kontrola i rejestracja danych w spawalnictwie

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

4.6

AW 20