4. Особенности сварки и технология изготовления сварных соединений в условиях единичного и мелкосерийного сварочного производства

Сварочно-монтажное производство характеризуется как широтой использования в различных отраслях, так и крайней неоднородностью сварных соединений. Сварные конструкции прежде всего можно разделить, исходя из их назначения, по степени безопасной эксплуатации. Так, магистральные нефте- и газопроводы, хранилища высокотоксичных и взрывоопасных веществ, нефтеперерабатывающие заводы и т.п. относятся к особо опасным объектам. Поэтому сварные соединения таких объектов, проблемы обеспечения их качества и надежности представляют для общества и исследований наибольшую социальную и экономическую значимость. Для систематизации и конкретных исследований разделим сварочную продукцию на четыре условные группы:

1) магистральные газо- и нефтепроводы, промышленные технологические продуктопроводы, обвязки котельных, насосных и т.д.;

2) городские газопроводы, теплопроводы и водоводы;

3) санитарно-технические трубопроводы внутреннего тепло-, газо- и водоснабжения;

4) технологические строительные металлоконструкции.

Анализ статистических данных показал, что наибольший объем сварочных работ (до 65%) выполняется на трубопроводах, относящихся к 1-й и 2-й группам, до 15 % – к 3-й группе, до 20 % – к 4-й. Первые три группы различаются только по назначению и ответственности. Способы и технология сварки для этих групп поддаются унификации (по диаметрам, маркам свариваемых и сварочных материалов, способам сварки и т.д.). Четвертая группа имеет значительное отличие от первых трех. К этой группе относятся объекты монтажа цементных печей, резервуаров, газгольдеров, различных емкостей, а также сварка различных металлоконструкций – решетчатых, балочных, листовых и т.д. Способы и технология сварки этой группы отличаются от сварки трубопроводов.

Таким образом, не менее 80 % от общего объема объектов сборочно-сварочного производства – это трубопроводы различного назначения и ответственности, различных диаметров и толщин стенок.

Городское и промышленное строительство отличается большим разнообразием монтируемых систем трубопроводов. Так, диаметры трубопроводов имеют диапазоны от 12 до 1420 мм, а толщина стенок колеблется в интервале от 2 до 26 мм. Изготовление трубных узлов (отводов, переходов, патрубков с фланцами и др.), а также сварка соединяемых элементов труб относятся к трудоемким и сложным процессам. Это объясняется кривизной формы создаваемых элементов и незначительной толщиной стенок. На строительно-монтажной площадке, где работы ведутся на высоте, в стесненных и ограниченных пространствах, сложность и трудоемкость изготовления возрастает. Чтобы выполнить сварной шов, соединяющий два элемента трубопроводов, требуется проделать большой объем подготовительных операций, время которых в отдельных случаях занимает до 86 % от времени сварки. Особенно трудоемкими являются операции при сооружении трубопроводов малых и средних диаметров с толщиной стенки 3 – 6 мм. Для повышения производительности и качества сварочных работ изготовление узлов трубопроводов следует переносить в заводские условия. На монтаже выполняется сварка секций, узлов и блоков трубопроводов, доставляемых с заводов. Если в заводских условиях возможно широкое применение механизированных способов подготовки, сборки и сварки трубопроводов, то в строительно-монтажных условиях эти возможности резко ограничены. В основном здесь применяется ручная сборка и сварка. Как видно из таблицы 1.6, значительный объем на монтаже занимает малопроизводительная ручная дуговая (РДС) и газовая (ГС) сварка. Прогрессивные механизированные способы сварки на монтаже применяются пока в недостаточной степени. Это обстоятельство указывает на еще низкий технический уровень развития сварочного производства, откуда следует необходимость введения эффективной системы контроля и управления качеством сварочных работ.

Значительный объем ручных способов сварки и высокая трудоемкость работ на монтаже предопределяют необходимость большого количества сварщиков. В таблице 1.6 представлены обобщенные данные по 55 монтажным управлениям (МУ) и их филиалам и 35 заводам, цехам и производственным участкам республики по состоянию на 2009 год.

Таблица 1.6 – Распределение сварщиков, занятых на монтаже и

в заводских условиях

Способы сварки	На монтаже, чел / %	На заводах, чел / %	Всего, человек
Ручная дуговая (РДС, РДС+СО2, РДС+СО2+Ar, РАДС)	2645 / 81,0	620 / 19,0	3265
Механизированные	380 / 21,2	1410 / 78,8	1790
Газовая сварка	190 / 100	-	190
Итого:	3395	1850	5245

Анализ сборочно-сварочного производства за 1989 – 2010 гг. показывает значительное сокращение численности сварщиков при одновременном снижении их сменной производительности (по наплавленному металлу) и уменьшении коэффициента загрузки оборудования. Это объясняется в первую очередь распадом СССР, повлекшим разрыв налаженных за десятилетия производственных и экономических связей и резким снижением объемов монтажных и сборочно-сварочных работ, что особенно четко просматривается за период с 1992 по 1997 годы.

Монтажное производство представляет собой разветвленную сеть монтажных объектов по всей территории Республики. В отличие от промышленного производства, отрасль монтажных и строительных работ имеет ряд своих особенностей. К наиболее характерным особенностям можно отнести:

- большое количество разнообразных по назначению объектов;

- выполнение сборочно-сварочных работ на открытой площадке;

- передвижной характер работ;

- выполнение сборочно-сварочных работ на высоте, внутри металлоконструкций, коллекторах или земляных траншеях. Работы в таких условиях представляют значительные трудности из-за стесненности и неудобства, труднодоступности к монтажному соединению. Например, сварка соединений под потолком, у стен при обвязке различных сосудов, аппаратов и т.д. Значительно осложняется энергоснабжение сварочного поста, обеспечение сварщика качественными электродами, контроль сварки и др., поэтому особенности условий должны изучаться и устанавливаться конкретно на каждом монтажном объекте перед началом сварочных работ. Поскольку монтажный объект является конечной единицей строительной продукции, остановимся более подробно на его характеристике. Для того, чтобы количественно охарактеризовать все разнообразие монтажных объектов, нами проведено их изучение и дана условная классификация по циклу монтажа, объему сварки и объему приемочного контроля. При этом выделены три основных типа объектов, представленных в таблице 1.7, и дана характеристика удаленности типов объектов от монтажных и строительных управлений (таблица 1.9).

Ежемесячно каждое монтажное подразделение ведет работы на нескольких объектах, преимущественно третьего и второго типов. Как видно из таблицы 1.7, эти объекты имеют сравнительно небольшие (по количеству свариваемых стыков) объемы сварочных работ и приемочного контроля, однако их удельный вес составляет 85 %. В результате проведенного анализа выявилась значительная удаленность объектов второго и третьего типов от монтажных подразделений.

Таблица 1.7 – Характеристика объектов по периодам и объемам

сварочных работ

Тип объекта	Цикл монтажа (период)	Количество сварных соединений, шт.		Удельный вес обьектов, %
		Сварено	Проконтролировано
1	Более года	104-106	103-104	15
2	6 – 12 месяцев	103-104	102-103	51
3	Менее 6 месяцев	10-103	1-102	34

С другой стороны, как видно из таблицы 1.8, практически около 70 % объектов с преимущественным циклом монтажа менее года и количеством свариваемых стыков от 10 до 10⁴ удалены от основных баз на расстояние до 100 км. Такое положение объясняется, в первую очередь, недостаточной загрузкой объемами сварочно-монтажных работ, когда подрядчику не приходится выбирать из портфеля заказов наиболее выгодный объект.

Таблица 1.8 – Характеристика удаленности различных типов объектов

от монтажных управлений

Удаленность объектов, км	Типы объектов, по таблице 1.7	Удельный вес объектов, %
Не более 50	1, 2, 3	15
До 100	(1), 2, 3	55
До 200	- 2, 3	25
До 300	- 2, 3	5

Большое количество объектов с незначительными объемами сварочных работ и их удаленность создают трудности в управлении объектами, обеспечении их материальными и людскими ресурсами. Специфические особенности монтажных условий затрудняют качественное выполнение технологического цикла сварочных работ на объекте, контроль за их состоянием. Поэтому здесь требуется тщательная документальная отработка правил выполнения каждой операции. Стандартность исполнения должна обеспечиваться инструкциями, методическими рекомендациями, технологической картой, предупредительными картами контроля, предобъектными тренировками слесарей-сборщиков и сварщиков и т.д. Чтобы поддерживать качество сварного соединения на определенном уровне, необходима также строгая система технического контроля за выполнением каждой операции. Система технического контроля должна обеспечивать контроль за ходом всего технологического цикла от технической документации на изготовление, подготовку объекта к сварке, организацию работ, сборочно-сварочных операций и заканчивая документацией на готовую продукцию. Вместе с тем, на объектах отрасли, как правило, отсутствуют инструкции, технологические карты и другая документация, устанавливающая технологические операции и порядок их выполнения. Практически полностью отсутствует система технического контроля. Контроль осуществляется неоперативно, т.е. после (а не в процессе) выполнения сборочно-сварочных работ, бессистемно и не охватывая всех технологических операций сварки. Даже обязательный приемочный контроль проводится не на всех объектах и не в полном объеме.

Контроль операций технологического цикла формирует качество сварных соединений на монтаже, которое зависит от ряда факторов: организации сварочного производства, качества исходных материалов, качества труда и квалификации исполнителей, подготовки и сборки, оборудования, оснастки, условий работы и многих других [57, 58, 59].

В свою очередь, на эти факторы воздействуют специфические условия монтажного производства. К таким условиям мы относим влажность воздуха, атмосферные осадки, ветер, сквозняки, значительные колебания температур от -30 °С до +30 °С, стесненность (неудобство) условий подготовки и сборки к сварке, необходимость выполнения пространственных сварных соединений в труднодоступных местах, сложность энергоснабжения сварочного поста, отсутствие удобных инструментов и приспособлений для работы в монтажных условиях и др.

Особенно сильному влиянию подвергается:

- качество электродов, присадочной проволоки и других сварочных материалов;

- чистота поверхности свариваемых металлов;

- качество подготовки и сборки элементов под сварку.

Следовательно, сварное соединение, выполненное (даже по отработанной технологии) в условиях монтажного производства без учета и корректировки указанных выше факторов не гарантирует высокого качества сварки.

Как показывают исследования, монтажные организации выполняют только приемочный контроль на стадии готовности объекта и его сдачи. Однако основное назначение приемочного контроля – отделение годных соединений от браковочных.

Контроль за состоянием факторов и условий в процессе сварки не выполняется, а следовательно, факторы, воздействующие на качество, не корректируются. Практикуемые отдельные эпизодические мероприятия по повышению стабильности какого-либо одного фактора не приводят к улучшению состояния общего качества. По этой причине уровень брака в отдельных монтажных организациях является значительным, а вспышки 100 % брака довольно частыми. Отсутствие системы эффективного технического контроля не позволяет установить истинный уровень качества, так как даже приемочному контролю подвергаются не худшие по исполнению сварные швы.