|
ПРОБЛЕМЫ и пути И ПУТИ формирования
Белорусский национальный технический университет (БНТУ)
П.В. Занковец, В.К. Шелег,
Л.С. Денисов, Г.А. ИВАНОВ
Формирование
Бездефектных сварных соединений
В условиях единичного и мелкосерийного
Сварочного производства
Минск – 2013
УДК 621.791:658
Рецензенты:
Доктор технических наук, профессор, чл.-корр. НАНБ А. Ф. Ильющенко
Доктор технических наук, чл.-корр. НАНБ А. П. Ласковнев
Занковец, П.В.
Формирование бездефектных сварных соединений в условиях единичного и мелкосерийного сварочного производства / П.В.Занковец, В.К.Шелег,
Л.С. Денисов, Г.А.Иванов. – Минск: БНТУ, 2013. – 295 с. : ил.
Изложены теоретические и технологические основы формировния бездефектных сварных соединений в условиях единичного и мелкосерийного сварочного производства.
Впервые комплексно проанализированы и решаются задачи по проблеме повышения уровня качества конкретного сварочного производства, исходя из концепции бездефектного изготовления сварных соединений. Выполнен структурный анализ сборочно-сварочного производства и его систематизация, разработаны универсальные единицы измерения дефектности сварных соединений. Исследованы причинно-следственные связи и установлены закономерности образования дефектности сварных соединений. Проведены исследования основных факторов, влияющих на формирование сварных соединений, из них установлены доминирующие и их удельный вес с учетом типоразмеров, способов и условий сварки. Предложена экономико-математическая модель для расчета, оценки и прогнозирования технического уровня и оптимального уровня качества конкретного сварочного производства с учетом капиталовложений. С использованием математического моделирования и информационных технологий представлен ряд информационно-аналитических и экспертных систем по решению трудноформализуемых задач для технически обоснованного выбора свариваемых и сварочных материалов, способов и режимов сварки, норм расхода сварочных материалов, трудозатрат на различные способы сварки трубопроводов, листовых и решетчатых металлоконструкций.
Будет полезна для специалистов и производителей сварных изделий различного назначения и ответственности, а также для преподавателей и студентов родственных специальностей.
С О Д Е Р Ж А Н И Е
|
| Стр
| ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………..
|
|
|
| ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ И ПУТИ формирования
бездефектных СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
в условиях единичного и мелкосерийного
сварочного производства
| 1.1
| Проблемы и перспективы сварки плавлением, значение
снижения брака сварки в условиях единичного
и мелкосерийного сварочного производства
|
| 1.2
| Дефектность сварных соединений как объект управления
|
| 1.3
| Анализ современного состояния отечественного сварочного производства
|
| 1.4
| Особенности сварки и технология изготовления сварных соединений в условиях единичного и мелкосерийного сварочного производства
|
| 1.5
| Технический контроль в обеспечении требований к качеству сварных соединений
|
| 1.6
| Операционный контроль технологического процесса сварки
|
| 1.7
| Методы и средства повышения качества сварочно-монтажных
работ и формирования бездефектных сварных соединений в
условиях единичного и мелкосерийного сварочного производства
|
|
|
|
| глава 2. систематизация сварочно-монтажного
производства в статистически однородные базовые
совокупности стыков и количественная оценка
дефектности СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
| 2.1
| Анализ методов формирования бездефектной однотипной
продукции в условиях массового серийного производства
|
| 2.2
| Системы мониторинга качества производимой продукции
|
| 2.3
| Исследование современных методов и средств снижения
дефектности при производстве разнородной единичной и
мелкосерийной продукции
|
| 2.4
| Алгоритм и модель систематизации сварочно-монтажного
производства в статистически однородные базовые
совокупности стыков
|
| 2.5
| Исследование и разработка унифицированных количественных показателей оценки дефектности сварных соединений на основе неразрушающих методов контроля
|
| 2.6
| Анализ факторов и условий сварочно-монтажных работ,
влияющих на образование дефектности сварных соединений
|
|
|
|
| ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИННО-СЛЕДСТВЕННЫХ СВЯЗЕЙ ОБРАЗОВАНИЯ ДЕФЕКТНОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
|
|
|
| 3.1
| Анализ информационных потоков и разработка баз данных и знаний о производстве сборочно-сварочных работ
|
| 3.2
| Компьютерная система учета, контроля и анализа состояния сварочно-монтажных работ и сварных соединений
|
| 3.3
| Статистический анализ дефектности сварных соединений
|
| 3.3.1
| Исследование показателя протяженности дефектов
|
| 3.3.2
| Исследование общего показателя доли брака
|
| 3.3.3
| Исследование количественного показателя дефектности
|
| 3.4
| Корреляционный и регрессионный анализ дефектности
сварных соединений
|
| 3.5
| Исследование и анализ причинно-следственных связей
образования дефектности сварных соединений по результатам неразрушающего контроля
|
| 3.6
| Разработка и обоснование математической модели и
вероятностных методов определения причин брака
сварных соединений
|
|
|
|
| ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДОМИНИРУЮЩИХ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ НА образование
дефектности СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
|
| | | | | |
4.1
| Исследование влияния подготовки и сборки под сварку на
образование дефектности сварных соединений
|
| 4.2
| Исследование влияния сварочных материалов на образование дефектности сварных соединений
|
| 4.3
| Исследование влияния сварочного оборудования на образование
дефектности сварных соединений
|
| 4.4
| Исследование влияния технологии сварки на образование
дефектности сварных соединений
|
| 4.5
| Исследование влияния квалификации сварщика на образование
дефектности сварных соединений
|
| 4.6
| Анализ и оценка влияния доминирующих производственных факторов на общий уровень дефектности сварных соединений
|
|
|
| ГЛАВА 5. теоретические основы формирования
бездефектных СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
в условиях единичного и мелкосерийного
сварочного производства
| 5.1
| Экономико-математическая модель для расчета и оценки
технического уровня сварочного производства в зависимости от качества изготовления сварных соединений
|
| 5.2
| Исследование и расчет технических уровней доминирующих производственных факторов на основе удельного веса в
образовании дефектности сварных соединений
|
| 5.3
| Экономико-математическая модель и оптимизация сварочного производства в зависимости от капиталовложений
|
| 5.4
| Методики расчета, оценки и прогнозирования технического уровня сварочного производства для изготовления
бездефектных сварных соединений
|
|
|
|
| ГЛАВА 6. технологические основы формирования
бездефектных СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
| 6.1
| Разработка и внедрение методов и средств для технически
обоснованного выбора свариваемых и сварочных материалов, способов сварки, типов сварных соединений и параметров
режима сварки
|
| 6.1.1
| Технология выбора свариваемых материалов на основе
характеристик технологической свариваемости и
эксплуатационной надежности сварных соединений
|
| 6.1.2
| Технология назначения сварочных материалов, защитных газов, флюсов и параметров режима сварки
|
| 6.1.3
| Технология назначения способов сварки, типов сварных
соединений и сварочного оборудования
|
| 6.2
| Разработка и внедрение трудноформализуемых задач
технологической подготовки процессов сварки трубопроводов из стали, меди и медно-никелевых сплавов
|
| 6.2.1
| Анализ и систематизация входной информации при
проектировании технологических процессов
дуговой сварки и резки
|
| 6.2.2
| Примеры решения задач технологической подготовки
процессов сварки трубопроводов из стали, меди и
медно-никелевых сплавов
|
| 6.3
| Разработка и внедрение автоматизированной технологии
нормирования трудозатрат на сварку трубопроводов и
металлоконструкций
|
| 6.4
| Практические результаты внедрения работы на предприятиях Республики Беларусь. Перспективные области внедрения
|
|
| СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
|
|
|
|
| | | | |
ВВЕДЕНИЕ
Начало ХХI века характеризуется стремительным ростом аварий, катастроф и других опасных событий, обьединяемых понятием “чрезвычайная ситуация”. Поэтому задачей первостепенной важности является в настоящее время и в обозримом будущем надежность изготовления и безопасная эксплуатация продукции мирового промышленного комплекса.
Сварка является одним из ведущих технологических процессов в мире. Доля изделий, изготавливаемых с помощью сварки и родственных технологий в развитых странах превышает 50% внутреннего валового продукта с тенденцией постоянного роста. На изготовление сварных конструкций расходуется около 75% перерабатываемого металла. Удельный вес расхода электроэнергии в сварочном производстве промышленных предприятий достигает 15%. Годовой объем производства сварных металлических конструкций в Республике Беларусь составляет свыше 1 миллиона тонн и от 35 до 45% изготавливаются в условиях единичного и мелкосерийного сварочного производства, которое разнохарактерно как по назначению, так и внутреннему содержанию: способам производства, применяемым конструкциям, свариваемым и сварочным материалам, условиям изготовления сварных соединений. В этих условиях использование роботизированных и автоматизированных способов сварки значительно усложняется или экономически нецелесообразно, поэтому удельный вес ручной дуговой сварки составляет 80 – 90%. На строительно-монтажной площадке, где работы ведутся на высоте, в траншеях, в стесненных и ограниченных пространствах, сложность и трудоемкость сборочно-сварочных работ значительно возрастает. Чтобы выполнить сварной шов, соединяющий два элемента трубопроводов, требуется проделать большой объем подготовительных операций, время которых может занимать до 86 % от времени сварки. По данным Госпромнадзора МЧС в Республике Беларусь насчитывается более 200 000 особо опасных объектов, протяженность только магистральных трубопроводов составляет более 11500 км. Особенно велик объем их применения в газовой, химической, нефтехимической и энергетической промышленности. В общем обьеме монтажных и специальных строительных работ удельный вес трубопроводов ответственного назначения превышает 80%. Опыт эксплуатации таких систем показывает, что наибольшая опасность исходит от нарушения герметичности или отказа сварных соединений. Достаточно вспомнить трагедию, случившуюся из-за разрыва магистрального газопровода в 1989 году в России в районе города Уфа, когда заживо сгорели сотни пассажиров двух поездов. По данным российского информационного агентства РИА потери на нефтепроводах из-за аварий и катастроф составляют до 20%, в капитальном ремонте нуждаются около 50 000 км магистральных и 150 000 км прочих нефтегазопроводов. Подобное положение складывается и в нашей республике, включая и трубопроводные системы городов и населенных пунктов. Например, в 2003 году в Витебской области в результате разрыва магистрального газопровода произошла утечка свыше 3 млн м3 газа, ущерб превысил 400 млн рублей. В 2004 году в Могилевской области из-за дефектов сварки обрушились перекрытия школьного спортзала, повлекшие человеческие жертвы.
Катастрофы на трубопроводах и прочих сварных объектах происходят во всем мире. В 2005 году в Баварии (Германия) обрушились сварные конструкции перекрытия физкультурно-оздоровительного комплекса, в начале 2006 года – аналогичная ситуация с выставочным центром в Польше, повлекшие многочисленные человеческие жертвы. В январе – феврале 2007 года в США в штате Индиана из-за разрыва магистрального трубопровода, снабжающего топливом северо-восточную часть США, произошла крупная утечка нефти с последующим возгоранием. Из-за этой аварии работу нефтепровода пришлось полностью остановить, общий ущерб оценивался в 120 млн. долларов США. В том же году, 18 февраля в результате разрыва технологического трубопровода произошел пожар на одном из крупнейших нефтеперерабатывающих заводов США в штате Техас. Предприятие, на котором перерабатывается около 170 тысяч баррелей нефти в день (1 баррель = 158,98 литра), сильно пострадало, и на его полное восстановление потребовалось несколько недель. Суммарный ущерб оценивался в 350 млн. долларов США. Мировой опыт показывает, что при осуществлении добычи нефти и газа всегда следует ожидать возникновения непредсказуемых аварийных ситуаций, и в первую очередь – на морских промыслах. Так, 20 апреля 2010 года в 80 километрах от побережья штата Луизиана в Мексиканском заливе из-за нарушения герметичности нефтепровода взорвалась нефтяная платформа Deepwater Horizon («Глубоководный горизонт»). Очень быстро авария переросла в техногенную катастрофу с негативными последствиями для экосистемы региона на многие десятилетия вперед из-за сильнейшего пожара и утечки в океан более 1 миллиона тонн нефти. Власти США оценили нанесенный ущерб в 50 миллиардов долларов.
К ущербу от непосредственных аварий добавляются огромные затраты на ремонт и преждевременный выход из строя объектов при их эксплуатации. К этому следует добавить не поддающийся точной оценке ущерб, наносимый окружающей среде, флоре и фауне, минерально-сырьевым ресурсам и атмосфере.
Как показали выполненные нами исследования, качество сварки в настоящее время остается пока на недостаточно высоком уровне, брак сварных соединений в отдельных монтажных организациях достигает 30% и более. Затраты на исправление брака достигают 10% общей стоимости работ. Получается замкнутый круг: интенсификация производственной деятельности необходима, но в то же время угрожает обществу и природной среде новыми, часто непредсказуемыми последствиями из-за выхода из строя отдельных систем и узлов. Отсюда можно сделать вывод, что в специфических условиях современного периода техногенные катастрофы могут в существенной степени определить пути дальнейшего развития человечества. Выход здесь один – качество и надежность, причем повышение надежности сварных соединений может быть достигнуто только за счет обеспечения бездефектного их изготовления. Очевидно, что без оперативных, организованных по последнему слову техники систем контроля и предупреждения аварий и катастроф, обеспечивающих максимально возможную надежность и качество производственных процессов, на данном этапе не обойтись.
Необходимо отметить, что термин «бездефектные» следует понимать не как вообще отсутствующие дефекты в сварном соединении. Дефекты сварки были, есть и будут, но это допустимые дефекты в соответствии с требованиями и условиями назначения и ответственности конкретной сварной конструкции. В настоящее время во всем мире принято считать бездефектными сварные соединения, изготовленные с дефектами менее 1,4%, так как существуют технические пределы и возможности их 100% выявления современными методами контроля.
Анализ современного состояния сварочного производства показывает, что предпринимаемые попытки влияния на качество сварки путем проведения ряда отдельных мероприятий оказываются малоэффективными, так как сборочно-сварочное производство является по сути сложнейшим процессом, зависимым от множества как внутренних так и внешних факторов. Исследования, выполненные такими известными учеными, как В.Н. Волченко, В.И. Махненко, И. Каору, Л.С. Денисов, В.И. Троицкий, В.А. Черноусов и многие другие, подтверждают, что для успешного решения поставленной задачи необходимо исследовать взаимосвязь и влияние этих факторов на выходное качество сварного соединения, а также постоянно совершенствовать систему управления и контроля за качеством сварочных работ. Вместо приемочных операций по отбраковке негодных сварных соединений должен применяться оперативный контроль по предупреждению брака на всех производственных стадиях формирования сварных соединений. Следовательно, важнейшей проблемой в области сварочного производства следует считать разработку и внедрение комплексной системы, обеспечивающей систематическое повышение качества сварки на всех технологических стадиях и уровнях производства. Для этого необходимо решить целый комплекс организационных, научно-исследовательских, технических, производственных и экономико-математических задач. Вместе с тем, создание и внедрение таких систем в отрасли сборочно-сварочного производства считается крайне затруднительным по целому ряду причин. Во-первых, крайняя неоднородность продукции сварочных работ, условий, материалов и конструкций при сварке, создающие дополнительные трудности для систематизации продуктов производства. Во-вторых, из-за неоднородности продукции считается невозможным применение уже существующих фундаментальных методов теории управления качеством, успешно применяющихся на производствах с массовым, серийным выпуском однородной продукции. В-третьих, проблема морфологических (обьемных) измерений дефектов и определение границ их допустимости, а также классификация дефектов по видам и скоплениям и, как следствие, сложности в выборе количественных показателей качества. В-четвертых, сама оценка уровня качества, а тем более, его оптимизация для конкретного сварочного производства - важная, но трудноразрешимая проблема. Отсутствуют исследования о закономерностях и причинно-следственных связях образования дефектности по видам, количеству и структуре, не позволяющие совершенствовать технологические процессы сварочно-монтажных работ и обеспечивать формирование бездефектных сварных соединений. При выполнении сварочных работ в условиях единичного и мелкосерийного сварочного производства используются устаревшие и высокозатратные технологии, низка технологическая дисциплина и квалификация исполнителей, отсутствуют технически обоснованные автоматизированные технологии по расчету норм расхода сварочных материалов и нормирования трудозатрат на сварку трубопроводов и металлоконструкций. Как следствие указанных выше причин, энергоемкость отечественных сварных конструкций в сравнении с лучшими мировыми аналогами выше в 1,5 – 2,5 раза, удельный расход наплавленного металла на тонну сварных конструкций выше в 1,5 – 2 раза, издержки производства выше в 2 – 3 раза.
В связи с вышесказанным, в монографии решаются задачи комплексного исследования закономерностей формирования бездефектных сварных соединений в условиях единичного и мелкосерийного сварочного производства.
ГЛАВА 1
ПРОБЛЕМЫ и пути И ПУТИ формирования
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|