Blog

09 gru 2020

W swojej pracy inspektora Zakładowej Kontroli Produkcji wg EN 1090-1 często spotykam się z brakiem zrozumienia wymagania okresowego sprawdzenia przydatności procesu cięcia termicznego stali wg EN 1090-2. Wytwórcy często pomijają ten aspekt w swoim systemie ZKP, co wiąże się późniejszymi niezgodnościami na audytach. W tym wpisie wyjaśnię Ci:

• Dlaczego okresowa kontrola procesu cięcia termicznego stali jest bardzo ważna?
• Co należy sprawdzić, aby udokumentować walidację procesu cięcia termicznego?
• Kwalifikowanie technologii cięcia termicznego – czy potrzebny Ci tak zwany CPQR?

Cięcie termiczne jako proces specjalny

O tym, czym jest proces specjalny w ujęciu serii norm EN 1090, pisałem w artykule: „Procesy specjalne w wytwarzaniu konstrukcji stalowych i aluminiowych”. Zachęcam do przeczytania. Tutaj, na potrzeby artykułu przypomnę, że proces specjalny to taki, którego rezultat ciężko jest zweryfikować w sposób nieniszczący w trakcie wytwarzania produktu. Natomiast wytworzony w wyniku procesu specjalnego produkt może ujawnić swoje wady w trakcie użytkowania. A zatem proces specjalny powinien być w jakiś sposób kontrolowany, aby nie dopuścić do ewentualnych wad produktu.

Dlaczego okresowa kontrola procesu cięcia termicznego stali jest bardzo ważna?

Do tego podtytułu w zasadzie powinienem dodać słowo „zautomatyzowane”. Dlaczego zapytasz? Ponieważ powtarzalność ręcznego cięcia termicznego ciężko jest zweryfikować, wręcz jest to niemożliwe. Norma EN 1090-2 nawet odradza cięcie ręczne i radzi ograniczyć do absolutnego minimum. Co innego proces zautomatyzowany. Powtarzalność jest tu łatwa do zweryfikowania. Cięcie jest realizowane przez program CNC wypalarki. Jednak, nie jest to podstawą do zaufania maszynie, że jest ona bezbłędna. Do tego dochodzi również czynnik ludzki. Zadaj sobie pytania: czy mam dobrze napisany program do wypalarki i czy mój operator maszyny wykonuje prawidłowo proces cięcia?

A jak ten proces wpływa na charakterystykę deklarowanych właściwości produktu? Poniżej negatywne rezultaty źle prowadzonego procesu cięcia termicznego:

• Nadmierne podniesienie twardości w obszarze ciętych krawędzi – cięcie termiczne wiąże się z powstaniem strefy wpływu ciepła i zmianą struktury materiału. Zjawisko bardzo niekorzystne jeśli krawędzie te mają być następnie spawane, co może doprowadzić do pękania złączy.
• Nadmierna chropowatość ciętych krawędzi – źle prowadzony proces może doprowadzić do powstania zbyt dużej ilości karbów na powierzchni krawędzi. Jest to szczególnie niebezpieczne zjawisko w konstrukcjach pracujących zmęczeniowo.
• Brak tolerancji wymiarowych – bywa, że wypalarka po prostu się rozkalibruje i będzie wycinać detale poza tolerancją rysunkową. Nie muszę mówić o konsekwencjach wycięcia kilkudziesięciu lub kilkuset takich niezgodnych detali.

Co należy sprawdzić, aby udokumentować walidację procesu cięcia termicznego?

Wg normy EN 1090-2, żeby sprawdzić przydatność procesu cięcia termicznego, należy wyciąć 4 próbki:

• proste wycięcie z najgrubszego produktu składowego – bierzesz najgrubszą blachę, jaką przecinałeś na swojej wypalarce i jaką masz na magazynie, wycinasz prostokąt o wymiarach 200×150 mm;
• proste wycięcie z najcieńszego produktu składowego – bierzesz najcieńszą blachę, jaką tniesz na swojej wypalarce i wycinasz prostokąt o wymiarach 200×150 mm;
• ostry kąt z reprezentatywnej grubości – tutaj musisz dobrać grubość materiału względem tego co najczęściej wycinasz, może to być np. blacha grubości 10 mm. Ponownie wycinasz prostokąt o wymiarach 200×150.
• ostry zakrzywiony łuk z reprezentatywnej grubości – grubość dobierasz jak powyżej, wycinasz kształt prostokątny z tą różnicą, że jeden z rogów jest ucięty po łuku o promieniu R=100 mm.

Jak dobrać gatunek materiału do walidacji procesu cięcia termicznego?

Zasada jest prosta – im wyższy gatunek tym lepiej. Wyższy gatunek kwalifikuje niższe gatunki. Na przykład gatunek S355J2+N będzie kwalifikował proces cięcia materiału S235JR.

Pamiętaj, że każdy proces cięcia musisz zwalidować osobno. Jeżeli używasz w produkcji proces cięcia tlenem i plazmą, to osobno kwalifikujesz każdy proces, nawet jeżeli realizowane są na jednej maszynie CNC.

Grubości próbek i gatunek materiału dobrane, próbki wycięte, więc co dalej? Należy przeprowadzić badania, a ich zakres i kryteria akceptacji zależą od klasy wykonania EXC, jaką dopuszcza twój certyfikat ZKP. W klasie EXC1 masz ocenić jedynie czy obcięte krawędzie są wolne od istotnych nieprawidłowości, i czy brak jest kożuchów żużlowych. Osobiście nie spotkałem się, żeby jakiś zakład produkcyjny certyfikował wyroby w klasie EXC1. Wymagania zaczynają się dopiero od klasy EXC2. Badania obligatoryjne, jakie trzeba przeprowadzić od tej klasy to:

• Tolerancja prostopadłości lub kąta – „u” wg normy EN ISO 9013;
• Średnia wysokość profilu – „Rz” wg normy EN ISO 9013;
• Jeżeli tniemy gatunek stali o Re>460 MPa to również twardość HV10 wg EN ISO 6507-1

Ja zalecałbym zbadać twardość jeżeli tniemy stale o granicy plastyczności Re ≥ 355MPa, szczególnie grubsze blachy. Dlaczego? Mało osób wie o tym, że grubsze blachy przed cięciem termicznym należy podgrzewać, analogicznie do podgrzewania przed spawaniem. Zapobiega to powstawaniu stref hartowniczych w obszarze strefy wpływu ciepła. Najłatwiej takie struktury wychwycić poprzez zbadanie twardości. Jeżeli zmierzone wartości HV10 niebezpiecznie zbliżają się do poziomu 380HV przy stalach gatunku S355J2 to znak, że coś jest niedobrego w Twoim procesie cięcia.

Badania najlepiej zlecić do laboratorium specjalizującym się w badaniach materiałowych. Cena rynkowa przeprowadzenia ww. badań mieści się w granicach 300 – 400 zł netto za próbkę. Komplet badań 4 próbek dla jednej metody cięcia mieści się zatem w granicach 1200 – 1600 zł netto. Po wykonaniu badań laboratorium sporządza protokół z walidacji procesu cięcia termicznego, gdzie przedstawione są wyniki badań. Oczywiście, jeżeli są jakieś niezgodności, musisz je usunąć, usprawnić proces i przeprowadzić ponowną walidację.

Kwalifikowanie technologii cięcia termicznego – czy potrzebny Ci CPQR?

Wraz z wejściem nowelizacji normy EN 1090-2 w 2018 roku, wprowadzono możliwość przeprowadzenia kwalifikacji procesu cięcia termicznego. Procedurę tę znajdziesz w załączniku D do najnowszego wydania normy EN 1090-2. Załącznik ten ma status informacyjny, a nie normatywny, a więc wymagania są dobrowolne do zastosowania. Czyli możesz je zastosować alternatywnie względem sposobu opisanego w akapicie powyżej. Schemat tej procedury jest podobny do sposobu kwalifikowania technologii spawania i sprowadza się do kilku kroków:

1. Opracowanie wstępnej instrukcji cięcia termicznego pCPS.
2. Wycięcie próbki wg opracowanej instrukcji pCPS – tutaj próbka przypomina swoim kształtem literę „P”, a jej kształt ściśle definiuje norma.
3. Przeprowadzenie badań na wyciętej próbce: chropowatość powierzchni, tolerancje prostopadłości i kątowości, twardość.
4. Jeżeli wyniki badania mieszczą się w kryteriach, akceptacji sporządzasz protokół z kwalifikowania procesu cięcia termicznego, czyli CPQR. Podobnie jak WPQR daje on pewne zakresy kwalifikacji. Przy ustalaniu zakresu kwalifikowania CPQR bierze się pod uwagę:
   1. Grupę materiałową ciętego materiału;
   2. Grubość ciętej próbki;
   3. Ciśnienie gazów;
   4. Szybkość i wysokość cięcia;
   5. Temperaturę podgrzewania materiału;
5. Na podstawie CPQR i dopuszczalnych zakresów przygotowujesz właściwą instrukcję technologiczną cięcia – czyli CPS.

Wady i zalety wprowadzenia CPQR

Niewątpliwą zaletą wprowadzenia CPQR jest to, że nie musisz powtarzać badań co roku, jak to jest w przypadku tradycyjnej metody sprawdzenia procesu cięcia termicznego. Z pewnością, w dłuższej perspektywie czasu mogłoby to przynieść spore oszczędności. Ale teraz nieco o wadach takiego rozwiązania:

1. Wprowadza dużo dodatkowych papierów – w przypadku zwykłego sprawdzenia, wysyłasz próbki do laboratorium, dostajesz protokół z badania i masz udokumentowany proces. CPQR wymaga natomiast przygotowania wielu innych instrukcji, które opisałem powyżej.
2. Obciąża personel nadzorujący prace spawalnicze – tak, bo zazwyczaj ta sprawa spada na spawalnika. Oprócz przygotowywania planów spawania i WPS teraz spawalnik będzie musiał zajmować się jeszcze planami cięcia i CPS.
3. Dużo jest zmiennych zasadniczych, które ograniczają zakres kwalifikowania. Okazuje się, żeby mieć szeroki zakres kwalifikowania, trzeba tych próbek wyciąć dużo więcej, a co za tym idzie, koszty badań mogą być dużo wyższe niż mogłoby Ci się wydawać.
4. Raz kwalifikowany proces nie musi oznaczać, że jest wykonywany dobrze przez cały czas. Okresowe, rokroczne sprawdzenie pozwala Ci na walidację procesu i możliwość jego udoskonalenia w przypadku stwierdzonych niezgodności.

Podsumowanie

Jaką drogę walidacji procesu wybierzesz to już Twoja sprawa. Wiedz, że sprawdzenie prawidłowości procesu cięcia zautomatyzowanego jest obowiązkowe, a drogi do osiągnięcia celu są dwie:

1. Podejście normatywne wg EN 1090-2 pkt. 6.4.3 – wycięcie 4 próbek, poddanie ich stosowanym badaniom w laboratorium i sporządzenie protokołu z badań jako udokumentowania procesu. Proste rozwiązanie, ale powtarzać to należy rok do roku.
2. Podejście alternatywne wg załącznika D normy EN 1090-2 – przeprowadzenie kwalifikowania technologii cięcia termicznego. Rozwiązanie wymagające przygotowania dużej ilości dokumentów, ale nie wymaga powtarzania każdego roku.

Przekalkuluj koszty, co może być bardziej opłacalne i wybierz rozwiązanie odpowiednie dla siebie.

Cięcie termiczne – oferta badań

Moja firma posiada Laboratorium Badań Technicznych, w którym przeprowadzamy badania procesu cięcia termicznego . Sprawdź ofertę na stronie https://pomorskielt.pl. Jeżeli potrzebujesz przeprowadzenia badań procesu cięcia termicznego, skontaktuj się z nami pod numerem 502 114 405 lub e-mailem: laboratorium@pomorskielt.pl