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

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

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»

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

Рисунок 4.1 – Структура дефектности, образующаяся по причинам

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: