Глава 4

Исследование влияния доминирующих

Производственных факторов на уровень

Качества сварных соединений

4.1 Исследование влияния подготовки и сборки под сварку на образование дефектности сварных соединений

В настоящее время большое внимание при исследовании и оптимизации технологий уделяется математическому моделированию характерных процессов и явлений, от которых в значительной степени зависит качество изделия. Развитие компьютерной техники создает хорошие перспективы для применения достаточно сложных моделей, отражающих многофакторность и взаимосвязь явлений, протекающих в различных технологиях. Кроме того, компьютеризация математического моделирования делает его доступным для широкого круга пользователей, связанных не только с исследованием, но и с разработкой и оптимизацией инженерных решений.

В предыдущих разделах мы установили, что на уровень качества сварных соединений влияет множество различных факторов, и прежде всего доминирующие в формировании качества факторы. Однако степень влияния каждого фактора на уровень качества различна как из-за разнородности сварных соединений, так и технологии их изготовления. Другими словами, разная степень влияния организационных и производственных факторов на уровень качества сварных соединений обусловлена большим количеством типоразмеров (диаметр, толщина), марок свариваемых и видов сварочных материалов, способов сварки и условий выполнения сварочных работ. Поэтому определение главных причин брака сварки возможно не вообще, а в конкретных производственных условиях для конкретных базовых совокупностей сварных соединений.

Известно, что строительство трубопроводов различного назначения и ответственности в общем объеме сварочно-монтажных работ составляет более 80%. С другой стороны, экологический и социальный ущерб от аварий и катастроф на трубопроводном транспорте, по данным Госпромнадзора МЧС Республики Беларусь, во многих случаях невосполним. Исходя из этого, логично продолжить наши исследования на практике изготовления трубопроводов в полевых условиях единичнми и мелкими сериями.

Выполненными в предыдущих главах исследованиями нами установлены доминирующие в образовании дефектности факторы: подготовка и сборка под сварку, квалификация исполнителей, сварочные материалы, сварочное оборудование и технология сварки. Определение степени влияния этих факторов на качество сварных соединений конкретных типоразмеров позволит оптимизировать сварочное производство за счет укрепления и модернизации его слабых звеньев. Установлено, что выходной уровень качества сварного соединения складывается из уровней качества доминирующих в его изготовлении производственных факторов. Уровень качества каждого фактора в свою очередь определяется его основными параметрами, см. табл. 4.1, которые могут быть как положительными, так и отрицательными.

Таблица 4.1 – Основные параметры доминирующих в формировании

качества сварных соединений производственных факторов

Фактор	Подготовка и сборка	Квалификация исполнителей	Сварочные материалы	Сварочное оборудование	Технология сварки
Параметры фактора	Подготовка кромок	Разряд	Технологические свойства	Оснастка	Способ сварки
	Зазор, соосность	Тренированность	Внешний вид	Измерительные приборы	Условия сварки
	Зачистка	Стаж	Условия хранения	Состояние контактов	Тип соединения
	Прихватка	Возраст	Состояние покрытия	Стабильность напряжения	Режимы
		Состояние здоровья		Стабильность тока	Контроль

Отрицательные факторные параметры есть не что иное, как причины образования дефектности (брака) сварки. Критерием оптимальности является уровень дефектности (брака), причиной которого послужил конкретный фактор и параметры фактора. Таким образом, реализуется важный принцип управления качеством сварки по обратной связи алгоритма «структура дефектов – причина – фактор».

Экспериментальные исследования проводили как в стационарных условиях, так и на предобъектных тренировках сварщиков при изготовлении сварных соединений технологических трубопроводов различных типоразмеров ручной дуговой сваркой (РДС), механизированной в среде СО₂, в смеси СО₂ + Ar и аргонодуговой сваркой (РАДС). Определение дефектности производили по данным неразрушающих методов контроля (НМК) – визуального (ВК), рентгенографического (РГГ) и ультразвукового (УЗК).

Цель – исследовать вероятностные связи в цепочке фактор – причина – дефект и установить закономерности образования дефектности по доминирующим причинам. Статистическая связь подтверждается на большом объеме данных, полученных по результатам неразрушающих методов контроля качества сварных соединений и рассмотренная в предыдущих главах работы. Для практических условий важно определить, что данная дефектность представляет данную доминирующую причину и, как следствие, конкретный производственный фактор технологического процесса сварки.

Исследования вероятностных связей причин с количеством, видом и структурой образования дефектности проводили по следующему алгоритму:

– экспертно последовательно устанавливали эталонными (образцово-показательными) доминирующие факторы – «Подготовку и сборку под сварку», «Сварочные материалы», «Сварочное оборудование», «Технологию выполнения сварки»;

– сварку выполняли высококвалифицированные (тренированные) сварщики;

– типоразмеры сварных соединений, марки свариваемых материалов способы и условия сварки идентичны (постоянны);

– экспериментально по одному из доминирующих факторов устанавливали отрицательные параметры (при положительных параметрах других факторов) с целью выявления связей в цепочке «причина – дефектность»;

– целенаправленно и последовательно (при специально разлаженном процессе) исследовали связи между образующейся дефектностью и конкретными отрицательными параметрами каждого из доминирующих факторов;

– выполняли контроль качества сварного соединения неразрушающими методами;

– исследовали и анализировали с использованием компьютерных технологий, статистических и вероятностных методов образовавшуюся дефектность по видам, размерам, количеству и структуре на конкретных БС стыков.

Подготовка и сборка под сварку является одним из доминирующих факторов, определяющим уровень качества сварных соединений. Брак, допущенный по этому фактору, приводит к специфическим дефектам. Эти дефекты генерируются основными причинами (отрицательными параметрами) брака по данному фактору – это плохая подготовка кромок (угол притупления, радиус скругления), нарушение размеров зазора (соосность) между свариваемыми элементами, некачественная зачистка (наличие ржавчины, вмятин, сколов, масел), прихватка, см. таблицу 4.2. Установление закономерностей и связей дефектности с причинами ее образования представляется важной задачей, решение которой позволит принимать превентивные меры по их предупреждению до начала процесса, совершенствовать технологические процессы и осуществлять управление качеством сварки в режиме реального времени.

Таблица 4.2 – Основные факторные параметры состояния подготовки и сборки под сварку

Наименование фактора	№ параметра	Факторные параметры
Подготовка и сборка под сварку	1.1.	Подготовка кромок (угол притупления, радиус скругления)
	1.2.	Зазор (расстояние между свариваемыми элементами), соосность
	1.3.	Зачистка (наличие ржавчины, трещин, вмятин, сколов, масел и т.п.)
	1.4.	Прихватка

Экспериментальные исследования, проводимые, как правило, на предобъектных тренировках сварщиков, функциональной связи причин с количеством дефектности не выявили, см. таблицу 4.3.

Однако установлена важная статистическая связь структуры образуемой дефектности с ее причиной.

Так, согласно формулы дефектности базовой совокупности (2.9), структура дефектности по причинам определяется следующим образом:

, (4.1)

где Д_о – общее количество дефектов;

n – количество проконтролированных участков;

П – поры и их скопления;

Ш – шлаковые включения;

Н – непровары;

Фш – дефекты формы шва;

Пр – прочие дефекты.

По фактору «Подготовка и сборка под сварку» структура дефектности по причинам выглядит следующим образом:

ПС₁ = П(0,8) + Ш(1,3) + Н(1,4) + Фш(0,25) + Пр(0,2);

ПС₂ = П(0,6) + Ш(0,9) + Н(1,7) + Фш(0,4) + Пр(0,3);

ПС₃ = П(1,1) + Ш(1,4) + Н(1,3) + Фш(0,3) + Пр(0,25);

ПС₄ = П(0,8) + Ш(1,0) + Н(1,5) + Фш(0,5) + Пр(0,2);

Ф_ПС = П(0,8) + Ш(1,1) + Н(1,5) + Фш(0,4) + Пр(0,25),

где ПС₁ – подготовка кромок;

ПС₂ – зазор, соосность;

ПС₃ – зачистка;

ПС₄ – прихватка;

Ф_ПС – структура дефектности по фактору.

Таблица 4.3 – Дефектность, выявленная по причинам фактора «Подготовка и сборка под сварку»

Способ сварки	Сварено стыков, шт.	Проконтролировано участков L=300мм, шт.	Выявлено дефектов, шт.
			Поры и их скопления	Шлаковые включения	Непровары	Дефекты формы шва	Прочие
РДС	2450	7320	5850	8050	10980	2930	1830
РДС+СО2	1600	4200	2940	4100	5900	1350	920
РДС+СО2+Аr	2100	5460	4370	4920	7650	1640	1100
РАДС	1820	5100	4590	4450	6650	1530	1020
Итого	7970	22080	17750	21520	31180	7450	4870

Таким образом, экспериментальными методами и экспертно нами установлено, что каждый отрицательный параметр исследуемого фактора является причиной уникальной, только ему присущей структуры дефектности, см. рис. 4.1.

Установлено, что в структуре дефектности по причинам фактора «Подготовка и сборка» преобладают дефекты типа «непровар» – 1,5 на участок контроля, шлаковые включения, поры и их скопления, а также различные дефекты формы шва.

В таблице 4.4 представлены результаты исследования причин образования дефектности сварных соединений технологических трубопроводов при подготовке и сборке под сварку. Согласно назначению и ответственности данных объектов принят объем контроля – 100%. В случае, когда стык бракуется, он подлежит повторному контролю неразрушающими методами. Видно, что причины, указанные в таблице 4.4, генерируют от 82,1 до 94% образующихся дефектов. Так, если при сварке труб малых диаметров дефектность образуется главным образом из-за плохой зачистки и подготовки кромок, то на больших диаметрах возрастает значение соблюдения необходимого расстояния (зазора, соосности) между свариваемыми элементами и прихватки. Следует отметить, что в настоящее время, как правило, подготовка кромок стыков средних и больших диаметров труб осуществляется в заводских условиях, тем самым практически исключив образование дефектности по этой причине.

Д _шт/уч

1,6						Н
1,4
1,2				Ш
1,0
		П
0,8
0,6
								Фш
0,4
										Пр
0,2											Дефекты

0

Рисунок 4.1 – Структура дефектности, образующаяся по причинам