Kvalitetskontrol af svejsninger på PE-rør – destruktive og ikke-destruktive prøvninger

Vurdering af en enkelt svejsning og tæthedsprøvning af hele anlægget 

Tæthedsprøven, der udføres efter afsluttet montering, kontrollerer, hvordan hele rørledningsstrækningen opfører sig under tryk. Denne test afslører utætheder ved samlinger, flanger eller tætninger, men siger ikke meget om materialets struktur inden for en enkelt svejsning. En svejsning kan bestå trykprøven og alligevel indeholde indre fejl, som først kommer til syne efter måneder eller år i drift som følge af materialetræthed eller langvarig belastning. 

Selve samlingen undersøges ved hjælp af metoder, der kan inddeles i to grupper: destruktive metoder, som under målingen forårsager varig skade på eller adskiller prøven, og ikke-destruktive metoder, der gør det muligt at kontrollere dens tilstand uden at påvirke strukturen. Valget af teknik afhænger af arbejdsfasen og af, hvilket sikkerhedsniveau med hensyn til udførelseskvaliteten der kræves i den pågældende situation. 

Visuel vurdering som første trin i kontrollen 

En visuel vurdering er en undersøgelse, der udføres på hver enkelt svejsning, uanset om der er planlagt yderligere prøvninger. Reglerne for denne kontrol er beskrevet i standarden PN-EN 13100-1, der omfatter visuel kontrol af samlinger i halvfabrikata af termoplastiske materialer. Ved stumpsvejsninger undersøges først og fremmest formen af den udløbsflade, der dannes langs rørets omkreds. 

En korrekt formet udløbsflange danner to tætliggende ruller, der er jævnt fordelt over hele samlingens omkreds. Forskellen mellem den maksimale og minimale bredde af udløbsrillen bør ikke overstige ca. 20% af gennemsnitsværdien, og forskydningen af de sammenføjede elementers akser bør ikke overstige 10% af rørets vægtykkelse. Rillen mellem rullerne bør rage ud over rørets ydre overflade – hvis den ligger under denne, kan det tyde på for lavt tryk eller forkert temperatur på varmepladen. 

Visuel kontrol har sine begrænsninger. Den gør det muligt at opdage geometriske fejl og synlige uregelmæssigheder, men overser forureninger inde i svejsningen og lokale områder med utilstrækkelig gennemsmeltning. I tvivlstilfælde foreskriver den industrielle praksis, at den ydre overflade afskæres og underkastes en yderligere bøjnings- eller vridningsprøve. 

Ikke-destruktiv prøvning – ultralyd og røntgenstråling 

Den visuelle vurdering er dog ikke det eneste, som standarden PN-EN 13100 omfatter. Den beskriver også radiografisk kontrol ved hjælp af røntgenstråling (del 2), ultralydskontrol (del 3) samt højspændingsprøvninger (del 4), der hovedsageligt anvendes til kontrol af isoleringen af modstandstråden i elektrotermiske formstykker. Alle disse metoder gør det muligt at vurdere svejsens indre uden at beskadige samlingen. 

Ved røntgenundersøgelse registreres et billede af det gennemlyste samlingssted på en film eller i digital form, hvilket gør det muligt at påvise revner, porer eller områder med manglende sammensmeltning inde i materialet. Ultralydsmetoden går ud på at sende en lydbølge ind i materialet – bølgen reflekteres fra uregelmæssighederne og vender tilbage til hovedet, og måleresultatet vises på skærmen på defektoskopet. 

Begge metoder har i Polen en længere tradition for anvendelse på stålfuger end på rørledninger af polyethylen. Plastens uensartede struktur og de små akustiske forskelle mellem det oprindelige materiale og svejsezonen gør det vanskeligt at fortolke resultaterne entydigt, derfor ender disse undersøgelser oftere i specialiserede laboratorier og i forbindelse med ulykkesanalyser end i forbindelse med rutinemæssig aflevering af arbejder. Forskningsinstitutterne gennemfører dog systematiske test af radiografi og ultralyds anvendelighed også for plastsamlinger, hvilket gradvist udvider omfanget af deres praktiske anvendelse. 

Bøjningsprøve og trækprøve 

Bøjningsprøven er beskrevet i standarden PN-EN 12814-1. Svejsesamlingsprøven anbringes på to understøtninger, der er placeret i en bestemt afstand fra hinanden, og belastes derefter med konstant hastighed, uden at bøjningsretningen ændres under målingen. Metoden anvendes primært til stødforbindelser, hvis flade, symmetriske tværsnit letter en sådan placering af prøven – elektrosvejsede fittings testes på grund af deres mere komplekse geometri normalt ved hjælp af en anden metode, der beskrives senere i teksten. Resultatet viser, om samlingen brækker inden for svejsezonen eller uden for den – et brud uden for svejsezonen er normalt tegn på en korrekt udført samling. 

Trækprøven er beskrevet i standarden PN-EN 12814-2. Den består i at udsætte elementet for en aksial belastning indtil brud på en styrkeprøvemaskine. Målingen gør det muligt at bestemme samlingens styrke samt brudstedet. Ved lavere temperaturer anvendes den variant, der er beskrevet i del 6 af samme standard, og for elementer med indsnævring anvendes del 7. PN-EN 12814-serien omfatter også en krybeprøve af samlingen (del 3), som sjældnere anvendes i den løbende kontrol, da den varer op til flere snesevis af timer. Resultaterne af bøjnings- og trækprøverne sammenlignes med materialeproducentens krav eller resultaterne af tidligere svejsninger udført på det samme udstyr. 

Afskrabningstest ved elektroforse-samlinger

Ved elektrofusionsfittings anvendes der desuden en afskrabningsprøve, som er beskrevet i standarden PN-EN 12814-4. Der skelnes mellem flere varianter: T-afskrabning, dekohesionsprøve og sammenpressningsprøve. Metoden gør det muligt at bestemme kvaliteten af forbindelsen mellem fittingsmaterialet og røret samt at påvise områder, hvor plasten ikke er smeltet fuldstændigt sammen. 

Fortolkningen af resultatet bygger på en observation af brudets karakter. Brudfladen skal have et ensartet, fibrøst udseende uden glatte, blanke områder, der tyder på manglende blanding af materialet. Resultatet aflæses umiddelbart efter udførelsen af prøven, uden at der er behov for yderligere mekanisk bearbejdning eller forberedelse af tværsnittet. 

Makroskopisk undersøgelse af tværsnittet 

Den makroskopiske undersøgelse, der er beskrevet i standarden PN-EN 12814-5, består i at skære en prøve af svejsningen og undersøge tværsnittet for revner, indeslutninger, porer eller områder uden gennemsmeltning. Metoden afslører materialets struktur på steder, der ikke kan ses ved visuel inspektion udefra, og derfor ledsager den ofte bøjnings- eller afskrabningsprøver, hvorved resultatet suppleres med et billede af samlingens indre. 

Klassificering af fejl i svejseforbindelser 

Resultaterne af de enkelte undersøgelser henviser til klassificeringen i standarden PN-EN 14728, der beskriver typer af afvigelser i svejste og varmeforbundne samlinger af termoplastiske materialer. Standarden klassificerer afvigelser såsom forskydning af røraxer, uregelmæssig smeltesøm, porer eller områder med manglende indsmeltning og tildeler dem tolerancegrænser afhængigt af rørledningens anvendelse. Resultatet af en destruktiv eller ikke-destruktiv undersøgelse sammenholdes således med et konkret godkendelseskriterium, der er fastsat uafhængigt af udførerens erfaring. 

Hvornår anvendes destruktive prøvninger i praksis? 

De faktiske svejsninger, der udføres på byggepladsen, underkastes sjældent destruktiv prøvning, da ødelæggelse af prøven betyder, at en del af det fungerende anlæg fjernes. Destruktiv prøvning udføres hovedsageligt på referenceprøver – testvejsninger, der udføres parallelt med de samme maskinindstillinger, det samme materiale og under lignende omgivelsesbetingelser. Den samme procedure anvendes ved eksamener til kvalificering af svejseoperatører samt ved aflevering af nyt udstyr, hvor testprøven erstatter kontrollen af et faktisk stykke af netværket. 

Hvis referencematerialet ikke opfylder kravene, skal parametrene justeres, inden arbejdet fortsættes, og afhængigt af den anvendte procedure skal svejsningerne, der er udført siden det seneste positive resultat, også kontrolleres på ny. Ved mistanke om en fejl i svejsningen eller efter en fejl i en rørledning, der er i drift, udskæres et stykke, der omfatter samlingen, og sendes til laboratoriet, hvor der udføres en fuldstændig række af undersøgelser – fra makroskopisk undersøgelse til trækprøvning. 

OFTE STILLEDE SPØRGSMÅL: 

1. Undersøges hver eneste svejsning, der udføres på byggepladsen, ved hjælp af en destruktiv prøvningsmetode? 

Svejsninger, der er indbygget i en færdig rørledning, underkastes sådanne undersøgelser i undtagelsestilfælde – ved afklaring af årsagerne til en fejl eller som led i en stikprøvekontrol bestilt af bygherren, hvor et ekstra stykke rør skæres ud, inden udgravningen fyldes op. I alle andre tilfælde bekræftes proceskvaliteten ved, at parametrene for referenceprøven stemmer overens med de indstillinger, der er anvendt ved de faktiske svejsninger, hvilket noteres i den løbende svejsedokumentation. 

2. Hvor ofte fremstilles der referenceprøver til destruktive undersøgelser? 

Hyppigheden afhænger af projektets krav, investorens retningslinjer og entreprenørens kvalitetsprocedurer. I praksis udtages der ofte referenceprøver inden påbegyndelsen af det egentlige arbejde samt efter hver væsentlig ændring af materialet, svejseparametrene eller udstyret og efter skift af svejseoperatøren. Omfanget af en sådan kontrol fastlægges af projektkravene eller de interne kvalitetsprocedurer. I mindre projekter udføres destruktive prøvninger normalt sjældnere, mens kontrollen hovedsageligt består af visuel inspektion og andre metoder, der er fastsat i den vedtagne procedure. 

3. Anvendes ultralyds- og røntgenundersøgelser almindeligvis i forbindelse med PE-rør? 

De indgår ikke i rutineundersøgelserne, hovedsageligt på grund af udgifterne til udstyr og den tid, det tager at udføre målingen på byggepladsen, hvor en simpel visuel inspektion og destruktive prøver giver et resultat betydeligt hurtigere. Tolkningen af ultralyds- eller røntgenbilleder kræver desuden en specialist, der er fortrolig med plastmaterialers særlige egenskaber, da de standardiserede tolkningskriterier oprindeligt blev udviklet til metaller. Af disse årsager vælges begge metoder oftere til forsknings- og analysearbejde end til den daglige godkendelse af anlæg. 

4. Hvem må udføre ødelæggende prøvninger af svejste samlinger? 

Destruktive prøvninger, såsom bøjnings-, træk- eller afskrabningsprøvninger, udføres af laboratorier, der er udstyret med passende apparatur og anvender procedurer i overensstemmelse med standarderne i serien PN-EN 12814. Det kan være laboratorier, der er tilknyttet tekniske tilsynsmyndigheder, forskningsinstitutter, certificeringsorganer eller virksomheder, der udfører materialetests. I forbindelse med investeringsprojekter, der kræver en uafhængig vurdering, udføres testene af akkrediterede laboratorier, der er angivet i dokumentationen eller udpeget af investoren. 

5. Hvad betyder det, at prøven brækker uden for svejseområdet under bøjningsprøven? 

Et sådant brudforløb betyder, at svejsningen har modstået en større belastning end det omgivende rørmateriale, hvilket betragtes som et positivt resultat. Et brud, der løber nøjagtigt gennem svejselinjen, indikerer derimod en svaghed på samlingsstedet, hvilket normalt skyldes forkert temperatur, forurening af overfladen eller for kort opvarmningstid. Brudstedet på prøven registreres i testprotokollen som en af parametrene for kvalitetskontrol af den teknologiske proces.