Вимоги до зварювання сталевих конструкцій за ДСТУ EN 1090-2: WPS, кваліфікація зварників, контроль за класами EXC

Класи виконання EXC1–EXC4: що це

Клас виконання, EXC, — це набір вимог до того, як конструкцію виготовляють, зварюють і контролюють. ДСТУ EN 1090-2:2019 визначає чотири класи, і вимоги зростають від EXC1 до EXC4. EXC4 спирається на EXC3 і додає спеціальні вимоги проєкту: наприклад, шви для контролю й обсяг цього контролю проєкт називає для кожного шва окремо.

Клас вказують у технічних умовах на виконання, тобто в документі, який іде разом із проєктом. Він може бути один на всю конструкцію або різний для окремих елементів і вузлів; в останньому випадку ДБН вимагає позначати такі елементи окремо.

Клас не належить ні сталі, ні зварнику. Від нього залежить, що виконавець має підтвердити: який рівень вимог до якості зварювання, яка кваліфікація технології й людей, який обсяг контролю й за якими критеріями шви приймають. Стаття стосується лише зварювання (розділ 7 і п. 12.4 стандарту); болтові з’єднання за тими самими класами розібрано в статті про болтові з’єднання сталевих конструкцій.

Як обирають клас виконання: таблиця У.1 ДБН

Сам стандарт виконання клас не вибирає: за п. 4.1.2 клас має бути вказано в технічних умовах на виконання. В Україні правила вибору дає додаток У до ДБН В.2.6-198:2014 у редакції Зміни № 1 (наказ Мінрегіону від 30.12.2021 № 365, чинна з 01.09.2022). У первинній редакції 2014 року додаток У був про захист від корозії; Зміна № 1 замінила його повністю, і тепер він називається «Визначення класу виконання». Додаток має статус довідкового, а клас визначають до початку виконання робіт.

Клас залежить від трьох чинників: класу наслідків об’єкта за ДБН В.1.2-14, категорії конструкції, елемента чи деталі за додатком А ДБН і типу навантаження. Тип навантаження один із двох: статичне або динамічне, яке може призвести до руйнування від втоми; для конструкцій під динамічним навантаженням закладено вищий клас. Таблиця У.1 зводить це так.

Таблиця У.1 додатка У ДБН В.2.6-198:2014 зі Зміною № 1. а) Клас EXC4 може бути застосовано до конструкцій з екстремальними наслідками відмови.

Категорії А, Б, В, клас наслідків і Єврокод

Клас наслідків об’єкта встановлює проєкт за ДБН В.1.2-14:2018; як це робиться, описано в статті про класи наслідків СС1, СС2, СС3. Категорію А, Б чи В (у таблиці У.1 її названо категорією відповідності) елемент отримує за додатком А ДБН: А — відмова може призвести до непридатності споруди чи значної її частини до експлуатації, Б — відмова ускладнює нормальну експлуатацію або веде до відмови інших конструкцій, що не належать до категорії А, В — відмова не порушує роботу інших конструкцій. Готовий перелік типових елементів дає таблиця А.1; ферми покриття й опори ПЛ там віднесено до категорії А, див. як вибрати марку сталі.

Один проєкт може містити різні класи. Якщо клас, встановлений для окремих елементів чи деталей, відрізняється від класу всієї конструкції, такі елементи й деталі позначають окремо (п. У.2.5).

Є й примітка до додатка: у конструкції класу EXC1 застосовують EXC2 до зварних елементів зі сталі класу С355 і вище, до зварних елементів категорії Б, які з’єднують зварюванням на будівельному майданчику, і до елементів, що під час виготовлення піддалися гарячому формуванню або термообробці.

Стандарт виконання в примітці до п. 4.1.2 відсилає до Єврокоду 3: EN 1993-1-1 із поправкою A1:2014, додаток C (в Україні це ДСТУ-Н Б EN 1993-1-1:2010 зі Зміною № 2:2018, чинною з 1 лютого 2019 року). Це міжнародний орієнтир, а для проєктів в Україні вибір ведуть за таблицею У.1. Таблиця Єврокоду будується інакше: від класу наслідків (або надійності) і типу навантаження, без категорій А, Б, В. Наприклад, для CC1 при статичному навантаженні вона дає EXC1, а ДБН — EXC1 лише для категорій Б і В. Єврокод також радить не використовувати вищий клас виконання як привід знизити коефіцієнти надійності за опором у розрахунку.

Що змінюється в зварюванні від EXC1 до EXC4

Основні відмінності зведено в таблиці; пояснення до кожної — у розділах нижче. Прочерк означає, що стандарт у цьому пункті вимоги для класу не ставить; проєкт може додати свою.

Інструкції WPS і кваліфікація технології зварювання

WPS (welding procedure specification) — технологічна інструкція зі зварювання. У документах планування, за п. 7.2.2, для неї визначають вимоги до зварювальних матеріалів, підігріву, температури металу перед наступним проходом і термообробки після зварювання. Там же записують заходи проти деформацій, послідовність виконання швів і перевертання виробу, вимоги до проміжної перевірки, критерії приймання за п. 7.6, посилання на план контролю й вимоги до позначення швів. Допуски на підготовку й підгонку з’єднань мають стояти в самій WPS (п. 7.5.1.1).

За п. 7.4.1.1 зварювати потрібно за атестованою технологією, з WPS за відповідною частиною EN ISO 15609. Для дугових процесів за EN ISO 4063 з номерами 111, 114, 12, 13 і 14 стандарт перелічує способи атестації, і набір залежить від класу.

Таблиця 12 ДСТУ EN 1090-2:2019. Для EXC1 таблиця способів не наводить; технічні умови можуть вимагати для EXC1 робочі інструкції із зазначенням процесу, матеріалів і параметрів зварювання (п. 7.4.1.1). Рядки EN ISO 17660 стосуються лише з’єднань арматурної сталі з іншими елементами.

Що ще стандарт каже про WPS

Для кутових швів на сталі від S460 потрібне додаткове випробування на розтяг зварних хрестоподібних з’єднань за EN ISO 9018 (три зразки на поперечний розтяг). Технічні умови можуть замінити його випробуванням наплавленого металу, якщо товщину шва збільшують на компенсацію.

Якщо зварюють по заводській ґрунтовці, технологію випробовують на найбільшій допустимій товщині шару, а придатність ґрунтовки до зварювання перевіряють за EN ISO 17652. Для EXC3 і EXC4 ґрунтовку на кромках, що оплавляються, не залишають, крім випадків, коли технологію вже випробували з такою ґрунтовкою (п. 7.5.1.1).

Навіть із готовою атестацією WPS перевіряють у виробничих умовах. Перші п’ять з’єднань, виконаних за новим протоколом атестації технології (WPQR), контролюють на рівень якості B; мінімальна довжина швів, поданих на цей контроль, — 900 мм (п. 12.4.2.2). Якщо результати не відповідають, шукають причину за настановами EN ISO 17635.

Зварники, оператори й координатор зварювання

Зварників кваліфікують за EN ISO 9606-1, операторів зварювального обладнання — за EN ISO 14732. Записи про всі кваліфікаційні випробування зберігають (п. 7.4.2.1). Для EXC1 на виробництві, що працює за EN ISO 3834-4, свідоцтва підтверджують за п. 9.3 a) або b) EN ISO 9606-1:2017, а кваліфікацію операторів — за п. 5.3 a) або b) EN ISO 14732:2013. Зварників вузлів із порожнистих профілів, що сходяться під кутом менше 60°, атестують окремо на зразках, типових для виробництва (п. 7.4.2.2).

Для EXC1 достатній нагляд за зварюванням, як сказано в EN ISO 3834-4. Для EXC2–EXC4 зварювальні роботи координує персонал із належною кваліфікацією й досвідом за EN ISO 14731. Рівень його знань — B (елементарні), S (спеціальні) або C (всебічні) — залежить від класу, групи сталі й товщини. Координатор відповідає за кваліфікацію зварників і операторів і може сам бути екзаменатором; якщо кваліфікацію проводять зовнішні експерти, це роблять за процедурами EN ISO/IEC 17024 або 17020.

Таблиця 14 ДСТУ EN 1090-2:2019, конструкційні вуглецеві сталі; для нержавких сталей є окрема таблиця 15. Для опорних плит колон і торцевих плит межі товщини в таблиці 50 і 75 мм замість 25 і 50 мм.

Підготовка й виконання зварювання

Підігрів стандарт числом не задає. Його виконують за чинною WPS із посиланням на EN ISO 13916, EN 1011-2 і EN 1011-3 і підтримують протягом усього зварювання, включно з прихватками й приварюванням тимчасових елементів (п. 7.5.5). Якщо метал холодніший за 5 °C, допускається підігрів за EN 1011-1. Зварника й зону роботи захищають від вітру, дощу й снігу, а поверхні тримають сухими, без конденсату (п. 7.5.3).

Поверхні під зварювання мають бути сухими й без іржі, органічних речовин і цинкового покриття. У підготовленій кромці не повинно бути видимих тріщин; для сталей вище S460 зони кромок після різання очищають шліфуванням і перевіряють на тріщини візуально, капілярним або магнітопорошковим методом (п. 7.5.1.1).

Прихватки для EXC2–EXC4 виконують за атестованою технологією. Довжина прихватки — не менше чотирьох товщин найтовщої з деталей або 50 мм, якщо випробування не обґрунтувало меншу. Прихватки, що не входять до остаточного шва, видаляють; ті, що лишаються в шві, виконують атестовані зварники, їх очищають перед зварюванням, а з тріщинами — видаляють (п. 7.5.7).

Тимчасові приварки (упори, монтажні елементи) виконують за WPS, ставлять так, щоб їх можна було зняти без пошкодження основної конструкції, а місця, де приварювати заборонено, проєкт позначає. Після видалення поверхню зачищають і оглядають, а на сталі від S355 перевіряють методами NDT; на сталі від S460 і на деталях під втомним навантаженням видовбування й вирубування не допускаються, якщо не вказано інше (п. 7.5.6).

Кутові шви на торцях і бічних сторонах деталей безперервно заводять за кромку не менше ніж на два катети, якщо це допускають доступ і конфігурація. Мінімальна довжина кутового шва — чотири катети. Переривчасті шви не роблять там, де капілярна дія може призвести до іржавіння. У напускних з’єднаннях напуск має бути не менше чотирьох товщин тоншої деталі, а односторонні кутові шви не застосовують, якщо деталі не закріплені від розкриття з’єднання під усадкою. Якщо кінець деталі приєднано лише поздовжніми кутовими швами, довжина кожного — не менше 75 % відстані між ними (п. 7.5.8.2). Коли зазор перевищує допустимий, його компенсують збільшенням товщини шва: a = anom + 0,7h (п. 7.5.8.1).

У стикових швах для EXC3 і EXC4 (для EXC2 — якщо вказано) на поперечних швах із повним проплавленням ставлять вхідні й вихідні планки, зварюваність яких не гірша за основний метал. Сталеві підкладки, що лишаються, мають вуглецевий еквівалент не вище 0,43 % або такий самий, як у основного металу з найкращою зварюваністю; для EXC3 і EXC4 підкладки, що лишаються, неперервні (п. 7.5.9). Після кожного проходу шов очищають від шлаку, видимі дефекти вибирають до наступного проходу (п. 7.5.16).

Рівні якості швів за EN ISO 5817

Допустимі нерівності шва (непровари, підрізи, пори, наплави тощо) стандарт виконання оцінює за EN ISO 5817:2014. Рівні якості там три: B — найжорсткіший, C — середній, D — найм’якший. Для EXC1–EXC3, якщо проєкт не вказав інше, вимоги такі; два дефекти, неправильна геометрія краю лицьової поверхні шва (505) і мікронепровар (401), до уваги не беруться.

П. 7.6.1 ДСТУ EN 1090-2:2019. Шви у з’єднаннях, спроєктованих за EN 1993-1-8, зазвичай потребують рівня, визначеного для EXC2.

Шви під втомним навантаженням

Для швів, розроблених за EN 1993-1-9 і навантажених на втому, критерії приймання проєкт задає з урахуванням категорії деталізації DC для конкретного місця. Додатково до таблиці вище для EXC2–EXC4 їх можна визначати за додатком C до EN ISO 5817:2014: для DC до 63 — рівень C63, понад 63 до 90 — B90, понад 90 до 125 — B125 (п. 7.6.2). Вимоги до виконання, потрібні для відповідності EN 1993-1-9, мають бути в технічних умовах.

Контроль швів і його обсяг

План контролю й випробувань складають за відповідною частиною EN ISO 3834: у ньому заходи до зварювання, під час нього й після. Методи неруйнівного контролю (NDT) обирають за EN ISO 17635. Усі методи, крім візуального, виконує персонал, кваліфікований за EN ISO 9712 (п. 12.4.1).

Візуальний контроль обов’язковий для всіх швів по повній довжині. Його проводять після завершення зварювання на ділянці й до будь-якого іншого NDT: перевіряють наявність і розташування швів, форму за EN ISO 17637, випадкові підпали й бризки. Якщо на поверхні знайдено дефекти, на цьому шві виконують капілярну або магнітопорошкову дефектоскопію (пп. 12.4.2.3, 12.4.2.5).

Додатковий NDT вибірковий і задається у відсотках довжини швів. Для EXC1–EXC3 обсяги наведено в таблиці 24; для EXC4 вони не менші, ніж для EXC3, а проєкт указує обсяг для кожного визначеного шва.

Таблиця 24 ДСТУ EN 1090-2:2019. a — товщина шва, t — товщина найтовщої з’єднуваної деталі. Поздовжні шви — паралельні осі елемента, усі інші вважають поперечними.

Як рахують відсоток і чим контролюють

Відсоток — це мінімальна частина довжини кожного шва в контрольній партії; ділянку обирають випадково. Якщо сумарна довжина швів у партії менша за 900 мм, хоча б один шов контролюють на повну довжину незалежно від відсотка. Якщо партія складається з однакових швів коротше 900 мм, випадково обрані шви з сумарною довжиною не менше заданого відсотка контролюють повністю. Вибірка має охопити різні типи з’єднань, марки виробів, зварювальне обладнання й виконавців.

Обсяги стосуються виробництва швів за рік. Якщо планові випробування на підприємстві протягом року стабільно показують прийнятну якість певного типу швів, координатор може знизити обсяг нижче відсотків із таблиці, але за умови, що запроваджено й задокументовано тримісячну програму аудиту виробництва й випробувань.

Методи вибирає координатор із переліку п. 12.4.2.6: капілярний (EN ISO 3452-1), магнітопорошковий (EN ISO 17638), ультразвуковий (EN ISO 17640 разом з EN ISO 23279 або EN ISO 13588) і радіографічний (серія EN ISO 17636). Проєкт може сам указати конкретні з’єднання, обсяг і метод (п. 12.4.2.4). Стандарт не прив’язує радіографію до певного класу.

Час витримки, виправлення й класи контролю WIC

Додатковий NDT не починають, поки не минув мінімальний час витримки після зварювання (таблиця 23). Для підігріву за методом A із EN 1011-2 і сталей S275–S460 він від «лише охолодження» для найтонших швів до 8–24 годин для більших; для сталей вище S460 — 24–48 годин. Чекають тому, що частина тріщин у високоміцних сталях з’являється не одразу. Якщо наступні роботи закриють доступ до шва, його контролюють до їх початку.

Дефекти швів у EXC2–EXC4 виправляють зварюванням за атестованою технологією й перевіряють за тими самими вимогами, що й вихідні шви (п. 12.4.2.7). Загальне правило п. 12.1: кожну невідповідність оцінюють окремо, за функцією деталі та типом, розміром і місцем недосконалості, і лише тоді вирішують, приймати чи ремонтувати. Кожен шов у зоні, де виправляли недопустимі деформації, контролюють повторно.

Довідковий додаток L пропонує призначати швам класи контролю якості WIC: клас залежить від рівня втомного навантаження, наслідків руйнування шва й напрямку напружень. Це допомагає не вимагати однакового контролю для критичних і некритичних швів. Якщо проєкт вводить WIC, він указує клас кожного шва (п. 12.4.2.4).

Що вказати в КМ, КМД і технічних умовах

Цех не вгадує вимог, яких немає на кресленні. Що саме стандарт просить зазначити в технічних умовах для розділу про зварювання, зведено нижче. Як позначати шви на кресленні, розібрано в правилах оформлення креслень КМ і КМД, а типи з’єднань і катет — у статті про типи зварних з’єднань.

За таблицями A.1 і A.2 додатка A ДСТУ EN 1090-2:2019. Це лише ті пункти, що стосуються зварювання.

Типові помилки

• Не вказати клас виконання. Тоді виконавець не знає, за якою частиною EN ISO 3834 працювати, який рівень якості швів прийняти й скільки контролювати.
• Поставити рівень якості B на всі шви «про всяк випадок». Для некритичних швів такий критерій дає зайві виправлення й зайвий контроль; стандарт сам радить розрізняти шви за критичністю (додаток L). Зворотна помилка, D на навантажених швах EXC3, суперечить таблиці п. 7.6.1.
• Написати «контроль швів за технічними умовами» без обсягу й методу. Виконавець або не контролює більше мінімуму, або контролює все, і ціна та строки йдуть у різні боки від очікуваних.
• Розраховувати, що вищий клас виконання виправдає менші запаси в розрахунку. Єврокод просить так не робити.
• Залишити заводську ґрунтовку на кромках для EXC3 і EXC4 без випробування WPS із такою ґрунтовкою. Або зварювати по цинку чи зі слідами іржі: поверхні мають бути сухими й чистими.
• Закласти шов, до якого не підібратися зварнику чи контролеру. Стандарт вимагає, щоб шви були легко доступні й добре видимі (п. 7.5.4), а шов, який закриють наступною операцією, перевіряють до її початку.
• Змішувати системи. Позначення з’єднань за старою системою (С, У, Т, Н) і вимога EXC можуть стояти на одному кресленні, але розміри кромок і допуски складання тоді задають у WPS, а не переписують із однієї системи в іншу.

Що це означає при замовленні виготовлення

Зварювання ми виконуємо самі. Виготовляємо за кресленнями замовника й розробляємо креслення КМ і КМД; якщо в завданні вказано клас виконання, рівень якості швів і обсяг контролю, закладаємо їх у технологічні документи й креслення. Огляд швів і ультразвуковий контроль виконуємо власними силами, радіографічний контроль ми не виконуємо. Як перевіряють шви в цеху, описано в статті про контроль якості металоконструкцій.

Для оцінки нам потрібні: клас виконання (на всю конструкцію чи з виділенням елементів), марки й товщини сталі, рівень якості швів, обсяг і методи NDT за типами швів, чи є вимоги до втоми та які документи ви очікуєте разом із конструкціями. Якщо чогось із цього немає, скажіть: уточнимо під час підготовки пропозиції. Що ще надіслати разом із КМД, розібрано в статті про пакет документів для виробника; про наші напрями — проєктування КМ і КМД і виготовлення металоконструкцій.

Нормативи й чинність

ДСТУ EN 1090-2:2019 «Виконання сталевих та алюмінієвих конструкцій. Частина 2. Технічні вимоги до сталевих конструкцій» (EN 1090-2:2018, IDT): чинний від 01.07.2020, замінив ДСТУ Б EN 1090-2:2014. Стаття спирається на пп. 4.1.2, 4.2.1, розділ 7, пп. 12.1 і 12.4, таблиці 12, 14, 23, 24 та додатки A і L.

ДСТУ EN ISO 5817:2022 (рівні якості швів; EN ISO 5817:2014, IDT): діючий, чинний від 31.12.2023, замінив ДСТУ ISO 5817:2016. Існує новіша європейська редакція EN ISO 5817:2023; чи прийнято її в Україні, потребує звірки інженером, а стандарт виконання посилається на редакцію 2014 року.

ДСТУ EN ISO 3834-2:2022 і ДСТУ EN ISO 3834-3:2022 (EN ISO 3834-2:2021 і -3:2021, IDT): діючі, чинні від 31.12.2023. Для частини 4 чинності редакції 2022 року ми не підтвердили, у каталозі знайдено лише ДСТУ EN ISO 3834-4:2019 (на основі EN ISO 3834-4:2005): перед посиланням її слід перевірити. ДСТУ EN ISO 14731:2019 (координація зварювання): діючий, чинний від 01.11.2019.

ДСТУ EN ISO 15614-1:2019 із Зміною № 1:2022 (EN ISO 15614-1:2017/A1:2019, IDT): діючий, чинний від 31.12.2023; редакції 2014 і 2016 років не діють. ДСТУ EN ISO 9606-1:2018 (EN ISO 9606-1:2017, IDT): діючий, чинний від 01.01.2019. Стандарт виконання посилається саме на EN ISO 9606-1:2017.

Перелік українських еквівалентів у додатку НА самого ДСТУ EN 1090-2 застарів: серед них ДСТУ ISO 3834-2:2008, ДСТУ ISO 5817:2016 і ДСТУ EN ISO 15614-1:2016, які вже замінені редакціями, наведеними вище.

Вибір класу виконання — додаток У до ДБН В.2.6-198:2014 у редакції Зміни № 1 (наказ Мінрегіону від 30.12.2021 № 365, чинна з 01.09.2022; текст Зміни прочитано). Клас наслідків — ДБН В.1.2-14:2018, категорії А, Б, В — додаток А ДБН В.2.6-198. Єврокод 3 (EN 1993-1-1:2005/A1:2014, додаток C), на який відсилає стандарт виконання, названо лише як орієнтир: в Україні він прийнятий зміною № 2:2018 до ДСТУ-Н Б EN 1993-1-1:2010 (набула чинності 01.02.2019), але поточний статус цього стандарту й можливу заміну на редакцію EN 1993-1-1:2022 слід перевірити. Чинність кожного документа перевіряйте на дату проєкту. Стаття описує вимоги стандарту, а не сертифікати виробників.