Требования к сварке стальных конструкций по ДСТУ EN 1090-2: WPS, квалификация сварщиков, контроль по классам EXC

Классы выполнения EXC1–EXC4: что это

Класс выполнения, EXC, — это набор требований к тому, как конструкцию изготавливают, сваривают и контролируют. ДСТУ EN 1090-2:2019 определяет четыре класса, и требования растут от EXC1 к EXC4. EXC4 опирается на EXC3 и добавляет специальные требования проекта: например, швы для контроля и объём этого контроля проект называет для каждого шва отдельно.

Класс указывают в технических условиях на выполнение, то есть в документе, который идёт вместе с проектом. Он может быть один на всю конструкцию или разный для отдельных элементов и узлов; во втором случае ДБН требует обозначать такие элементы отдельно.

Класс не принадлежит ни стали, ни сварщику. От него зависит, что исполнитель должен подтвердить: какой уровень требований к качеству сварки, какая квалификация технологии и людей, какой объём контроля и по каким критериям швы принимают. Статья только о сварке (раздел 7 и п. 12.4 стандарта); болтовые соединения по тем же классам разобраны в статье о болтовых соединениях стальных конструкций.

Как выбирают класс выполнения: таблица У.1 ДБН

Сам стандарт выполнения класс не выбирает: по п. 4.1.2 класс должен быть указан в технических условиях на выполнение. В Украине правила выбора даёт приложение У к ДБН В.2.6-198:2014 в редакции Изменения № 1 (приказ Минрегиона от 30.12.2021 № 365, действует с 01.09.2022). В первичной редакции 2014 года приложение У было о защите от коррозии; Изменение № 1 заменило его полностью, и теперь оно называется «Определение класса выполнения». Приложение имеет статус справочного, а класс определяют до начала выполнения работ.

Класс зависит от трёх факторов: класса последствий объекта по ДБН В.1.2-14, категории конструкции, элемента или детали по приложению А ДБН и типа нагрузки. Тип нагрузки один из двух: статическая или динамическая, способная привести к разрушению от усталости; для конструкций под динамической нагрузкой заложен более высокий класс. Таблица У.1 сводит это так.

Таблица У.1 приложения У ДБН В.2.6-198:2014 с Изменением № 1. а) Класс EXC4 может быть применён к конструкциям с экстремальными последствиями отказа.

Категории А, Б, В, класс последствий и Еврокод

Класс последствий объекта устанавливает проект по ДБН В.1.2-14:2018; как это делается, описано в статье о классах последствий СС1, СС2, СС3. Категорию А, Б или В (в таблице У.1 она названа категорией соответствия) элемент получает по приложению А ДБН: А — отказ может привести к непригодности сооружения или значительной его части к эксплуатации, Б — отказ затрудняет нормальную эксплуатацию или ведёт к отказу других конструкций, не относящихся к категории А, В — отказ не нарушает работу других конструкций. Готовый перечень типовых элементов даёт таблица А.1; фермы покрытия и опоры ЛЭП отнесены там к категории А, см. как выбрать марку стали.

Один проект может содержать разные классы. Если класс, установленный для отдельных элементов или деталей, отличается от класса всей конструкции, такие элементы и детали обозначают отдельно (п. У.2.5).

Есть и примечание к приложению: в конструкции класса EXC1 применяют EXC2 к сварным элементам из стали класса С355 и выше, к сварным элементам категории Б, которые соединяют сваркой на строительной площадке, и к элементам, которые при изготовлении подверглись горячему формованию или термообработке.

Стандарт выполнения в примечании к п. 4.1.2 отсылает к Еврокоду 3: EN 1993-1-1 с поправкой A1:2014, приложение C (в Украине это ДСТУ-Н Б EN 1993-1-1:2010 с Изменением № 2:2018, действующим с 1 февраля 2019 года). Это международный ориентир, а для проектов в Украине выбор ведут по таблице У.1. Таблица Еврокода строится иначе: от класса последствий (или надёжности) и типа нагрузки, без категорий А, Б, В. Например, для CC1 при статической нагрузке она даёт EXC1, а ДБН — EXC1 только для категорий Б и В. Еврокод также советует не использовать более высокий класс выполнения как повод снизить коэффициенты надёжности по сопротивлению в расчёте.

Что меняется в сварке от EXC1 к EXC4

Основные отличия сведены в таблицу; пояснения к каждому — в разделах ниже. Прочерк означает, что стандарт в этом пункте требований для класса не ставит; проект может добавить своё.

Инструкции WPS и квалификация технологии сварки

WPS (welding procedure specification) — технологическая инструкция по сварке. В документах планирования, по п. 7.2.2, для неё определяют требования к сварочным материалам, подогреву, температуре металла перед следующим проходом и термообработке после сварки. Там же записывают меры против деформаций, последовательность выполнения швов и переворачивания изделия, требования к промежуточной проверке, критерии приёмки по п. 7.6, ссылку на план контроля и требования к обозначению швов. Допуски на подготовку и подгонку соединений должны стоять в самой WPS (п. 7.5.1.1).

По п. 7.4.1.1 варить нужно по аттестованной технологии, с WPS по соответствующей части EN ISO 15609. Для дуговых процессов по EN ISO 4063 с номерами 111, 114, 12, 13 и 14 стандарт перечисляет способы аттестации, и набор зависит от класса.

Таблица 12 ДСТУ EN 1090-2:2019. Для EXC1 таблица способов не приводит; технические условия могут требовать для EXC1 рабочие инструкции с указанием процесса, материалов и параметров сварки (п. 7.4.1.1). Строки EN ISO 17660 относятся только к соединениям арматурной стали с другими элементами.

Что ещё стандарт говорит о WPS

Для угловых швов на стали от S460 нужно дополнительное испытание на растяжение сварных крестообразных соединений по EN ISO 9018 (три образца на поперечное растяжение). Технические условия могут заменить его испытанием наплавленного металла, если толщину шва увеличивают на компенсацию.

Если варят по заводской грунтовке, технологию испытывают на наибольшей допустимой толщине слоя, а пригодность грунтовки к сварке проверяют по EN ISO 17652. Для EXC3 и EXC4 грунтовку на оплавляемых кромках не оставляют, кроме случаев, когда технологию уже испытывали с такой грунтовкой (п. 7.5.1.1).

Даже при готовой аттестации WPS проверяют в производственных условиях. Первые пять соединений, выполненных по новому протоколу аттестации технологии (WPQR), контролируют на уровень качества B; минимальная длина швов, поданных на этот контроль, — 900 мм (п. 12.4.2.2). Если результаты не соответствуют, ищут причину по указаниям EN ISO 17635.

Сварщики, операторы и координатор сварки

Сварщиков квалифицируют по EN ISO 9606-1, операторов сварочного оборудования — по EN ISO 14732. Записи обо всех квалификационных испытаниях хранят (п. 7.4.2.1). Для EXC1 на производстве, работающем по EN ISO 3834-4, свидетельства подтверждают по п. 9.3 a) или b) EN ISO 9606-1:2017, а квалификацию операторов — по п. 5.3 a) или b) EN ISO 14732:2013. Сварщиков узлов из полых профилей, сходящихся под углом менее 60°, аттестуют отдельно на образцах, типичных для производства (п. 7.4.2.2).

Для EXC1 достаточен надзор за сваркой, как сказано в EN ISO 3834-4. Для EXC2–EXC4 сварочные работы координирует персонал с надлежащей квалификацией и опытом по EN ISO 14731. Уровень его знаний — B (элементарные), S (специальные) или C (всесторонние) — зависит от класса, группы стали и толщины. Координатор отвечает за квалификацию сварщиков и операторов и может сам быть экзаменатором; если квалификацию проводят внешние эксперты, это делают по процедурам EN ISO/IEC 17024 или 17020.

Таблица 14 ДСТУ EN 1090-2:2019, конструкционные углеродистые стали; для нержавеющих сталей есть отдельная таблица 15. Для опорных плит колонн и торцевых плит границы толщины в таблице 50 и 75 мм вместо 25 и 50 мм.

Подготовка и выполнение сварки

Подогрев стандарт числом не задаёт. Его выполняют по действующей WPS со ссылкой на EN ISO 13916, EN 1011-2 и EN 1011-3 и поддерживают в течение всей сварки, включая прихватки и приварку временных элементов (п. 7.5.5). Если металл холоднее 5 °C, допускается подогрев по EN 1011-1. Сварщика и зону работы защищают от ветра, дождя и снега, а поверхности держат сухими, без конденсата (п. 7.5.3).

Поверхности под сварку должны быть сухими и без ржавчины, органических веществ и цинкового покрытия. В подготовленной кромке не должно быть видимых трещин; для сталей выше S460 зоны кромок после резки очищают шлифованием и проверяют на трещины визуально, капиллярным или магнитопорошковым методом (п. 7.5.1.1).

Прихватки для EXC2–EXC4 выполняют по аттестованной технологии. Длина прихватки — не менее четырёх толщин самой толстой из деталей или 50 мм, если испытание не обосновало меньшую. Прихватки, не входящие в окончательный шов, удаляют; те, что остаются в шве, выполняют аттестованные сварщики, их очищают перед сваркой, а с трещинами — удаляют (п. 7.5.7).

Временные приварки (упоры, монтажные элементы) выполняют по WPS, ставят так, чтобы их можно было снять без повреждения основной конструкции, а места, где приваривать запрещено, проект обозначает. После удаления поверхность зачищают и осматривают, а на стали от S355 проверяют методами NDT; на стали от S460 и на деталях под усталостной нагрузкой выдалбливание и вырубка не допускаются, если не указано иное (п. 7.5.6).

Угловые швы на торцах и боковых сторонах деталей непрерывно заводят за кромку не менее чем на два катета, если позволяют доступ и конфигурация. Минимальная длина углового шва — четыре катета. Прерывистые швы не делают там, где капиллярное действие может привести к ржавлению. В нахлёсточных соединениях нахлёст должен быть не менее четырёх толщин более тонкой детали, а односторонние угловые швы не применяют, если детали не закреплены от раскрытия соединения при усадке. Если конец детали присоединён только продольными угловыми швами, длина каждого — не менее 75 % расстояния между ними (п. 7.5.8.2). Когда зазор превышает допустимый, его компенсируют увеличением толщины шва: a = anom + 0,7h (п. 7.5.8.1).

В стыковых швах для EXC3 и EXC4 (для EXC2 — если указано) на поперечных швах с полным проплавлением ставят входные и выходные планки, свариваемость которых не хуже основного металла. Стальные подкладки, остающиеся в соединении, имеют углеродный эквивалент не выше 0,43 % или такой же, как у основного металла с наилучшей свариваемостью; для EXC3 и EXC4 остающиеся подкладки непрерывные (п. 7.5.9). После каждого прохода шов очищают от шлака, видимые дефекты выбирают до следующего прохода (п. 7.5.16).

Уровни качества швов по EN ISO 5817

Допустимые несовершенства шва (непровары, подрезы, поры, наплывы и т. д.) стандарт выполнения оценивает по EN ISO 5817:2014. Уровней качества там три: B — самый жёсткий, C — средний, D — самый мягкий. Для EXC1–EXC3, если проект не указал иное, требования такие; два дефекта, неправильная геометрия края лицевой поверхности шва (505) и микронепровар (401), в расчёт не берутся.

П. 7.6.1 ДСТУ EN 1090-2:2019. Швы в соединениях, спроектированных по EN 1993-1-8, обычно требуют уровня, определённого для EXC2.

Швы под усталостной нагрузкой

Для швов, разработанных по EN 1993-1-9 и нагруженных на усталость, критерии приёмки проект задаёт с учётом категории детализации DC для конкретного места. Дополнительно к таблице выше для EXC2–EXC4 их можно определять по приложению C к EN ISO 5817:2014: для DC до 63 — уровень C63, свыше 63 до 90 — B90, свыше 90 до 125 — B125 (п. 7.6.2). Требования к выполнению, нужные для соответствия EN 1993-1-9, должны быть в технических условиях.

Контроль швов и его объём

План контроля и испытаний составляют по соответствующей части EN ISO 3834: в нём меры до сварки, во время неё и после. Методы неразрушающего контроля (NDT) выбирают по EN ISO 17635. Все методы, кроме визуального, выполняет персонал, квалифицированный по EN ISO 9712 (п. 12.4.1).

Визуальный контроль обязателен для всех швов по всей длине. Его проводят после завершения сварки на участке и до любого другого NDT: проверяют наличие и расположение швов, форму по EN ISO 17637, случайные прожоги и брызги. Если на поверхности найдены дефекты, на этом шве выполняют капиллярную или магнитопорошковую дефектоскопию (пп. 12.4.2.3, 12.4.2.5).

Дополнительный NDT выборочный и задаётся в процентах длины швов. Для EXC1–EXC3 объёмы приведены в таблице 24; для EXC4 они не меньше, чем для EXC3, а проект указывает объём для каждого определённого шва.

Таблица 24 ДСТУ EN 1090-2:2019. a — толщина шва, t — толщина самой толстой из соединяемых деталей. Продольные швы — параллельные оси элемента, все остальные считают поперечными.

Как считают процент и чем контролируют

Процент — это минимальная часть длины каждого шва в контрольной партии; участок выбирают случайно. Если суммарная длина швов в партии меньше 900 мм, хотя бы один шов контролируют на полную длину независимо от процента. Если партия состоит из одинаковых швов короче 900 мм, случайно выбранные швы с суммарной длиной не менее заданного процента контролируют полностью. Выборка должна охватить разные типы соединений, марки изделий, сварочное оборудование и исполнителей.

Объёмы относятся к производству швов за год. Если плановые испытания на предприятии в течение года стабильно показывают приемлемое качество определённого типа швов, координатор может снизить объём ниже процентов из таблицы, но при условии, что введена и задокументирована трёхмесячная программа аудита производства и испытаний.

Методы выбирает координатор из перечня п. 12.4.2.6: капиллярный (EN ISO 3452-1), магнитопорошковый (EN ISO 17638), ультразвуковой (EN ISO 17640 вместе с EN ISO 23279 или EN ISO 13588) и радиографический (серия EN ISO 17636). Проект может сам указать конкретные соединения, объём и метод (п. 12.4.2.4). Стандарт не привязывает радиографию к определённому классу.

Время выдержки, исправление и классы контроля WIC

Дополнительный NDT не начинают, пока не прошло минимальное время выдержки после сварки (таблица 23). Для подогрева по методу A из EN 1011-2 и сталей S275–S460 оно от «только охлаждение» для самых тонких швов до 8–24 часов для больших; для сталей выше S460 — 24–48 часов. Ждут потому, что часть трещин в высокопрочных сталях появляется не сразу. Если последующие работы закроют доступ к шву, его контролируют до их начала.

Дефекты швов в EXC2–EXC4 исправляют сваркой по аттестованной технологии и проверяют по тем же требованиям, что и исходные швы (п. 12.4.2.7). Общее правило п. 12.1: каждое несоответствие оценивают отдельно, по функции детали и по типу, размеру и месту несовершенства, и лишь затем решают, принимать или ремонтировать. Каждый шов в зоне, где исправляли недопустимые деформации, контролируют повторно.

Справочное приложение L предлагает назначать швам классы контроля качества WIC: класс зависит от уровня усталостной нагрузки, последствий разрушения шва и направления напряжений. Это помогает не требовать одинакового контроля для критичных и некритичных швов. Если проект вводит WIC, он указывает класс каждого шва (п. 12.4.2.4).

Что указать в КМ, КМД и технических условиях

Цех не угадывает требований, которых нет на чертеже. Что именно стандарт просит указать в технических условиях для раздела о сварке, сведено ниже. Как обозначать швы на чертеже, разобрано в правилах оформления чертежей КМ и КМД, а типы соединений и катет — в статье о типах сварных соединений.

По таблицам A.1 и A.2 приложения A ДСТУ EN 1090-2:2019. Это только пункты, относящиеся к сварке.

Типичные ошибки

• Не указать класс выполнения. Тогда исполнитель не знает, по какой части EN ISO 3834 работать, какой уровень качества швов принять и сколько контролировать.
• Поставить уровень качества B на все швы «на всякий случай». Для некритичных швов такой критерий даёт лишние исправления и лишний контроль; стандарт сам советует различать швы по критичности (приложение L). Обратная ошибка, D на нагруженных швах EXC3, противоречит таблице п. 7.6.1.
• Написать «контроль швов по техническим условиям» без объёма и метода. Исполнитель либо не контролирует больше минимума, либо контролирует всё, и цена и сроки уходят в разные стороны от ожиданий.
• Рассчитывать, что более высокий класс выполнения оправдает меньшие запасы в расчёте. Еврокод просит так не делать.
• Оставить заводскую грунтовку на кромках для EXC3 и EXC4 без испытания WPS с такой грунтовкой. Или варить по цинку либо со следами ржавчины: поверхности должны быть сухими и чистыми.
• Заложить шов, к которому не подобраться сварщику или контролёру. Стандарт требует, чтобы швы были легко доступны и хорошо видимы (п. 7.5.4), а шов, который закроют следующей операцией, проверяют до её начала.
• Смешивать системы. Обозначения соединений по старой системе (С, У, Т, Н) и требование EXC могут стоять на одном чертеже, но размеры кромок и допуски сборки тогда задают в WPS, а не переписывают из одной системы в другую.

Что это значит при заказе изготовления

Сварку мы выполняем сами. Изготавливаем по чертежам заказчика и разрабатываем чертежи КМ и КМД; если в задании указан класс выполнения, уровень качества швов и объём контроля, закладываем их в технологические документы и чертежи. Осмотр швов и ультразвуковой контроль выполняем собственными силами, а радиографический контроль мы не выполняем: если проект его требует, сообщите об этом в запросе. Как проверяют швы в цехе, описано в статье о контроле качества металлоконструкций.

Для оценки нам нужны: класс выполнения (на всю конструкцию или с выделением элементов), марки и толщины стали, уровень качества швов, объём и методы NDT по типам швов, есть ли требования к усталости и какие документы вы ожидаете вместе с конструкциями. Если чего-то из этого нет, скажите: уточним при подготовке предложения. Что ещё прислать вместе с КМД, разобрано в статье о пакете документов для изготовителя; о наших направлениях — проектирование КМ и КМД и изготовление металлоконструкций.

Нормативы и действительность

ДСТУ EN 1090-2:2019 «Выполнение стальных и алюминиевых конструкций. Часть 2. Технические требования к стальным конструкциям» (EN 1090-2:2018, IDT): действует с 01.07.2020, заменил ДСТУ Б EN 1090-2:2014. Статья опирается на пп. 4.1.2, 4.2.1, раздел 7, пп. 12.1 и 12.4, таблицы 12, 14, 23, 24 и приложения A и L.

ДСТУ EN ISO 5817:2022 (уровни качества швов; EN ISO 5817:2014, IDT): действующий, вступил в силу 31.12.2023, заменил ДСТУ ISO 5817:2016. Существует более новая европейская редакция EN ISO 5817:2023; принята ли она в Украине, требует сверки инженером, а стандарт выполнения ссылается на редакцию 2014 года.

ДСТУ EN ISO 3834-2:2022 и ДСТУ EN ISO 3834-3:2022 (EN ISO 3834-2:2021 и -3:2021, IDT): действующие, вступили в силу 31.12.2023. Для части 4 действительности редакции 2022 года мы не подтвердили, в каталоге найден лишь ДСТУ EN ISO 3834-4:2019 (на основе EN ISO 3834-4:2005): перед ссылкой её нужно проверить. ДСТУ EN ISO 14731:2019 (координация сварки): действующий, вступил в силу 01.11.2019.

ДСТУ EN ISO 15614-1:2019 с Изменением № 1:2022 (EN ISO 15614-1:2017/A1:2019, IDT): действующий, вступил в силу 31.12.2023; редакции 2014 и 2016 годов не действуют. ДСТУ EN ISO 9606-1:2018 (EN ISO 9606-1:2017, IDT): действующий, вступил в силу 01.01.2019. Стандарт выполнения ссылается именно на EN ISO 9606-1:2017.

Перечень украинских эквивалентов в приложении НА самого ДСТУ EN 1090-2 устарел: среди них ДСТУ ISO 3834-2:2008, ДСТУ ISO 5817:2016 и ДСТУ EN ISO 15614-1:2016, которые уже заменены редакциями, названными выше.

Выбор класса выполнения — приложение У к ДБН В.2.6-198:2014 в редакции Изменения № 1 (приказ Минрегиона от 30.12.2021 № 365, действует с 01.09.2022; текст Изменения прочитан). Класс последствий — ДБН В.1.2-14:2018, категории А, Б, В — приложение А ДБН В.2.6-198. Еврокод 3 (EN 1993-1-1:2005/A1:2014, приложение C), на который отсылает стандарт выполнения, назван лишь как ориентир: в Украине он принят изменением № 2:2018 к ДСТУ-Н Б EN 1993-1-1:2010 (вступило в силу 01.02.2019), но текущий статус этого стандарта и возможную замену редакцией EN 1993-1-1:2022 нужно проверить. Действительность каждого документа проверяйте на дату проекта. Статья описывает требования стандарта, а не сертификаты производителей.