Сделай Сам Свою Работу на 5

Алгоритм и модель систематизации сварочно-монтажного производства в статистически однородные базовые совокупности стыков





Проведенные в главе 1 исследования показывают, что борьба с браком сварных соединений, повышение качества сварочных работ являются исключительно актуальными. Для успешного решения поставленной задачи необходимо решение ряда задач. Для того, чтобы применить известные в теории управления математические методы к разнообразному мелкосерийному сварочно-монтажному производству, необходима прежде всего его систематизация и классификация.

Основной задачей математической статистики, методы которой опираются на теорию вероятностей, является научная оценка результатов измерений. С помощью статистических методов можно по одной выборке или по ряду наблюдений ограниченного объема сделать заключение о качестве остальных стыков, принадлежащих данной совокупности.

В отличие от предприятий машиностроения с массовой однородной продукцией, сварочно-монтажное производство имеет дело, как правило, с единичной или мелкосерийной продукцией – объектами сварки. Объекты разнохарактерны как по назначению, так и внутреннему содержанию: способам производства, применяемым конструкциям, свариваемым и сварочным материалам, условиям работ и др. Для условий сварочно-монтажных работ характерна крайняя неоднородность.



Неоднородность имеет значительную количественную и качественную вариацию, т.е. степень различия минимальных и максимальных признаков. Например, наименьшие диаметры контролируемых стыков трубопроводов составляют 12 ÷ 45 мм, наибольшие – 1420 мм. Марки сталей труб – низкоуглеродистые (ст. 10, 20), низколегированные (ст. 14Г2С, 17Г2СФ), высоколегированные и т.п. имеют существенные различия. Следовательно, использование классической математической статистики, применяемой в управлении качеством для массовой (серийной) однородной продукции, для монтажного производства становится практически невозможным. Поэтому изначально необходимо было решить задачу, заключающуюся в обосновании репрезентативных выборок, которые явились бы достаточным и необходимым условием применения аппарата математической статистики.

Для решения этой задачи нами проведены исследования всего комплекса сварочно-монтажных работ с целью установления и выделения однородных (и постоянных) по производственным признакам совокупностей. Для этого были определены и изучены основные элементы монтажного производства, представленные в таблице 2.1.



Установлено, что при формировании генеральной совокупности сварных соединений за основу должна быть принята группировка по основным элементам производства, см. рисунок 2.1. Важнейшим вопросом группировки является выбор группировочных признаков (ГП). В качестве ГП нами приняты: марка стали, диаметр трубопровода или длина сварного соединения в металлоконструкции, толщина свариваемого металла, способ сварки, метод контроля. При формировании однородной совокупности на монтаже были также введены дополнительные признаки по элементам производства, например, тип монтажного подразделения, условия сварки, доступность к соединению и др.

Для формирования статистически однородной совокупности сварных соединений разработан алгоритм, учитывающий особенности строительно-монтажного производства. Например, сварные соединения стыков диаметром от 350 до 500 мм с толщиной стенки от 6,0 до 8,0 мм, изготовленные ручной дуговой сваркой (РДС), составляют однородную базовую совокупность (БС) стыков, а объекты, где выполняют сварку этих стыков, являются пространством случайных событий с определенными условиями.

За единицу БС принят сварочный стык или участок стыка. Элементы производства и их группы для каждой совокупности должны изменяться незначительно и образовывать i-ю строительно-монтажную серию стыков, изготавливаемую за определенный цикл работы, в определенных факторных условиях конкретной монтажной организацией.



Математически формирование (БС) описывается следующей моделью:

 

СМК Î SОС Î SСП Î SЭП Î SГЭ Î SГП,

n m n m

где СП = S ЭПi, ЭПi = S ГПj или СП = S S ГПij ,

i=1 j=1 i=1 j=1

 

 

 
 
ГРУППИРОВОЧНЫЕ ПРИЗНАКИ

 

 


Рисунок 2.1 – Блок-схема формирования базовой совокупности стыков

 

или в матричной форме:

 

ЭП1 + ЭП2 + ... + ЭПi

¯ ¯ ¯

ГП11 + ГП21 + ... + ГПi1

¯ ¯ ¯

ГП12 + ГП22 + ... + ГПi2 = NБСi,(2.1)

¯ ¯ ¯

... ... ...

¯ ¯ ¯

ГП1j + ГП2j + ... + ГПij

где N – количество элементов, входящих в БС,

__ __

i = 1, n; j = 1, m

 

Величина N может быть как конечной, так и бесконечной. В нашем случае N представляет общий объем стыков i-ой базовой партии, сваренной в течение определенного промежутка времени: недели, месяца, квартала и т.д.

Таблица 2.1 – Основные элементы сварочно-монтажного производства

Элементы монтажного производства Группы элементов
Тип подразделения Монтажное управление (МУ), завод
Организация сварки Сварщики в составе комплексной бригады (КБ), сварочный участок (СВУ), сварочный пост
Место работы Открытые объекты: трасса, здание, металлоконструкции и закрытые объекты: цеха заводов, базы
Диаметры труб От 12 до 1420 мм
Толщина труб от 2 до 32 мм
Материал труб Ст.10, 20, 2, 3, 4, 14Г2C, 15ГСНД, 12Г2С, 16Г2АФ и др.
Способы сварки РДС, РАДС, ГС, П/АФ, механизированная в СО2+Аr и др.
Условия сварки и доступность к сварным соединениям На высоте, на земле, в траншеях
Сварочные материалы УОНИ 13/45-55, АНО-6, МР-3, Св08Г2С, Св08 и др.
Параметры режимов J, U, V (сварка 1, 2 и т.д. слоев), Æ электродов
Положение при сварке Поворотное, неповоротное, труба-арматура, прямая врезка, детали трубопровода (тройник, отвод, переход)
Квалификация сварщиков Разряд, стаж, возраст, тренированность
Методы контроля Внешний осмотр и измерения, рентгенография, гаммаграфия, ультразвуковой контроль (УЗК), цветной контроль и др.
Оценка качества ИСО-3834(1–6), ВСН 012-88 Магистральные трубопроводы, промысловые трубопроводы; СНиП 3.05.02-88 Газоснабжение; СНиП 3.03-81 и др.
Квалификация оператора-дефектоскописта Разряд, стаж, тренированность, возраст
Компетенция ИТР по сварке и дефектности Квалификация, стаж

 

Таким образом, формирование базовой совокупности стыков можно описать формулой:

 

NБСi = f (ЭП по ГП), (2.2)

 

n n m

при условии, что å ЭПi = const, å å ГПij = const

i=1 i=1 j=1

 

Основными условиями при формировании i-й БС в условиях монтажной сварки должны быть:

– учет существующей специфики явлений и процессов на объекте (объектах) сборочно-сварочных работ;

– идентичность условий сварки;

– объективность и независимость контроля;

– неизменность или по крайней мере достаточно малая изменяемость основных производственных и технологических факторных условий.

Таким образом, к статистически однородным группам – базовым партиям стыков, относятся стыки, имеющие сходные конструктивные, технологические и эксплуатационные признаки (диаметр-длина сварного соединения, типоразмер, способ и условия сварки, присадочный материал, квалификация исполнителей, степень ответственности соединений, тип монтажной организации, способ контроля и т.д.).

От известного определения партии продукции по ГОСТ 15895-70 введенное нами понятие базовой партии отличается тем, что продукция партии может быть изготовлена на разных объектах и в разное время. Обязательным при изготовлении базовой партии является наличие единой технической документации.

Рассмотрим примеры формирования базовых партий стыков или БС.

Фундаментом любой i-й БС является группировка по элементам свариваемых конструкций. Пример группировки стыков по типоразмерам трубопроводов и металлоконструкций представлен в таблице 2.2.

Каждая группа сварных соединений имеет одинаковую марку стали, конструкцию соединений, форму разделки кромок, единый технологический процесс сборки. Диаметры (длины) стыков по наружному измерению отличаются незначительно, а по толщине – в основном на 2 мм.

Немаловажное значение имеет группировка по организации сварочно-монтажных работ и подразделениям. Все монтажные подразделения можно разделить на две группы.

Таблица 2.2 – Пример группировки стыков по типоразмерам, способам сварки и методам контроля

Номер БС Диаметр / длина стыка, мм Толщина, мм Метод контроля Способ сварки
57 – 113/150 – 300 3,0 – 4,0 Вк, Рг, Гг, УЗК Г, Р, П-з
114 – 218/300 – 600 4,0 – 6,0 Вк, Рг, Гг, УЗК Г, Р, П-з
219 – 349/600 – 1200 6,0 – 8,0 Вк, Рг, Гг, УЗК Г, Р, П-з
350 – 524/1200 – 1800 8,0 – 12,0 Вк, Рг, Гг, УЗК А–Ф, Р, П-з
525 – 804/1800 – 2700 12,0 – 16,0 Вк, Рг, Гг, УЗК А–Ф, Р, П-з
805 – 1420/ > 2700 ≥ 16,0 Вк, Рг, Гг, УЗК А–Ф, Р, П-з
Примечание – Вк – визуально, Рг – рентгенография, Гг – гаммаграфия, УЗК – ультразвук, Г – газовая, Р – ручная дуговая, П-з – полуавтоматическая в защитных газах; А–Ф – автоматическаяпод флюсом

 

К первой группе, имеющей в свою очередь четыре подгруппы, относятся заводы, где организация сварочных работ приближена к условиям промышленного предприятия. Заводы изготавливают (по своему профилю) преимущественно однотипную продукцию. Например, трубный цех – различную номенклатуру систем трубопроводов (котельные, газораспределительные станции, трубные узлы и детали, системы трубопроводов для горячего и холодного водоснабжения и т.п.); вентиляционный цех – сварную вентиляцию; цех металлоконструкций – различные балки, фермы, решетки; цех емкостей – различные емкости, сосуды, резервуары. Характер работ и их условия по каждой подгруппе сравнительно идентичны.

Ко второй группе относятся монтажные управления (МУ), участки, выполняющие комплекс подготовительных, сборочных и сварочных работ в условиях строительной площадки объекта.

Примеры группировки по другим элементам сварочно-монтажного производства приведены в таблицах 2.3 – 2.5.

Таким образом, систематизируя все группы элементов по группировочным признакам, можно с достаточной для практических условий точностью описать каждую совокупность базовой партии стыков (БС).

 

 

Таблица 2.3 – Пример группировки по назначению систем трубопроводов

требованиям и ответственности

Ответственные Не ответственные
Подведомственные Госпромнадзору Не подведомственные
Требования СНиП
Правила устройства и безопасной эксплуатации (ПУБЭ) технологических трубопроводов Ш-1.9-62
Правила устройства трубопроводов (ПУТ) пара и горячей воды Ш-В.5-62
Правила устройства и безопасной эксплуатации (ПУБЭ) сосудов Ш-30-74
ПУБЭ котлов Ш-Г.7-66 (Швы горизонтальные )
     

 

Таблица 2.4 – Группировка по системе и методам контроля

Неразрушающие методы контроля (НМК) Разрушающие методы контроля (РМК)
Внешний осмотр и измерения Механические испытания на растяжение
Рентгенография Испытания на пластичность
Гаммаграфия Испытания на угловой загиб
Ультразвуковой контроль Испытания на ударную вязкость
Цветной контроль Испытания на прочность и плотность

 

 

Таблица 2.5 – Группировка по условиям сварки на монтажных объектах

I II III IV
Нижнее положение (поворотное) Потолочное положение (неповоротное) Вертикальный шов на вертикальной плоскости (неповоротное) Горизонтальный шов на вертикальной плоскости (неповоротное)
1 На земле 1 На высоте 1 На земле 1 На земле
  2 В траншее 2 На высоте 2 На высоте
  3 Внутри сосуда 3 В траншее 3 В траншее
  4 На земле 4 Внутри сосуда 4 Внутри сосуда

 

 

2.5 Исследование и разработка унифицированных
количественных показателей оценки дефектности сварных соединений на основе неразрушающих методов контроля

 

В отдельных работах приводятсяпоказателикачествасварныхшвовподоле брака, доле суммарной дефектности в процентах и относительной площади дефектов g на участке контроля. Применение таких показателей для условий монтажного производства затруднено по нескольким причинам. Во-первых, нет связи показателей с действующей нормативной документацией по оценке качества. Во- вторых, расчеты показателя относительной площади для кольцевых сварных соединений затруднены. Кроме того, g вуалирует выявление опасного дефекта типа сквозного свища, нарушающего плотность системы. По сравнению с протяженным неглубоким непроваром g свища меньше g непровара.

В практике ряда монтажных организаций для “определения“ уровнябракаприменяетсяпоказатель” доли забракованных стыков в процентах. Однако этот показатель не раскрывает истинного значения уровня дефектности по способам сварки, трубопроводам с однозначными диаметрами, толщинами, марками стали, монтажным подразделениям и другим особенностям. Поэтому он не может быть объективным и сравнимым.

На основании исследования производственных процессов, возможностей неразрушающих методов контроля (НМК) и действующей нормативно-технической документации (НТД) применительно к монтажным условиям нами предложено использовать показатели качества для всех традиционных методов контроля без дополнительных расчетов и изменения существующей документации на контроль.

Известно, что качество сварных соединений определяется совокупностью таких свойств, как механическая прочность, пластичность, сплошность наплавленного металла шва и околошовной зоны, коррозионная стойкость, состояние поверхности соединения и т.д. Количественную характеристику свойств сварного соединения (участка шва) будем называть показателем качества (Пк).

 

n

Пк = ¦ (å Ci), (2.3)

i=1

__

где å Сi – сумма измеряемых свойств сварного соединения, i = 1, n .

 

Поскольку качество соединения зависит от всякого рода отклонений соединяемых элементов, поверхности, форм и размеров шва, отклонений по механическим, химическим и структурным характеристикам, называемым в общем случае дефектами, то под показателем качества правомерно рассматривать показатель дефектности (несовершенство) сварного соединения.

 

Пк = ¦ (å Ci) = å Дij , (2.4)

 

где å Дij – сумма дефектов i-го вида с j-характеристиками;

 

¾ ¾

i = 1, n ; j = 1, m .

Для оценки протяженности (длины) дефектов в сварном шве на участке контроля, их частоты, типа дефектов, их размерности нами предложен показатель L. Длина “l”, ширина “В” и высота “h” дефекта являются одним из характеристических размеров, которая оговаривается многими техническими условиями.

 

_

Lio = å Lio / å n [ мм/уч] (2.5)

 

где å n – контрольная выборка стыков (или участков стыка) i-й базовой совокупности;

å Lio – протяженность всех дефектов i-вида i-й базовой совокупности в выборке å n.

Согласно действующих СНиП на трубопроводы различного назначения устанавливается норма недопустимых дефектов в шве. Поэтому показатель L включает как общую, так и недопустимую по СНиП протяженность дефектов – Lo и Lб.

 

_

L = å Liб / å n [ мм/уч] (2.6)

 

где å Liб – протяженность недопустимых дефектов в выборке å n;

Lio, Liб – средняя протяженность дефектов на один стык или участок стыка.

Показатель L универсален. Отражает состояние технологического процесса по результатам НМК. Может применяться для оценки качества участков сварного шва по отдельному исполнителю, по объекту, группе объектов, в целом по монтажной организации. Обладает большой информативностью о качестве участка шва, сравнимостью. Можно сравнивать показатели между исполнителями, объектами, организациями. Носит статистический характер. Позволяет методами статистического анализа оценивать количество, тип и размерность дефектов.

Для оценки количества дефектов шва на участке контроля нами предложен показатель Д. Формулы оценки примут вид:

 

_

Дio = å Дio / å n [ шт/уч] , (2.7)

 

_

Дiб = å Дiб / å n [ шт/уч], (2.8)

 

где å Дio – сумма всех дефектов i-вида i-совокупности в выборке å n;

å Дiб – сумма недопустимых дефектов в выборке å n;

_ _

Дio, Дiб – среднее количество дефектов на один стык или участок стыка.

 

Показатель Д универсален. Отражает состояние технологического процесса по результатам НМК. Обладает всеми свойствами, присущими показателю L.

Показатели L и Д полностью описывают основные характеристические размеры дефектов. В соответствии с требованиями СНиП расчетные формулы устанавливают общую и недопустимую дефектность. Для оценки структуры дефектности и их соотношений в целом по базовой совокупности стыков введен комплексный показатель (Lo, Lб, До, Дб). Используя информацию по L или Д или совместно за определенный цикл контроля (неделя, месяц, квартал и т.п.), оказывается возможным характеризовать состояние сварочного производства, его процессов, условий. Такой показатель является представительным для каждой конкретной технологии, исполнителя и в целом строительной организации. Численное выражение показателя и его структура названы нами статистической формулой дефектности базовой совокупности (ФД БС). Общее выражение ФД БС имеет вид:

 

__ __

Lо, До

åå __ __ = П(хоб) + Ш(yо,yб) + Н(zо,zб) + ..., (2.9)

Lб, Дб

 

где П, Ш, Н – дефекты (поры, шлаковые включения, непровары и т.п.);

xоо,zо и хбб,zб – общее и недопустимое количество и протяженность дефектов.

Частные выражения ФД БС имеют вид:

_

Lo = å Lо/ å n = å По / å n + å Шо / å n + å Но / å n + ..., (2.10)

_

 

Lб = å Lб/ ån = å Пб / å n + å Шб / å n + å Нб / å n + ..., (2.11)

где формула (2.10) дает информацию об общей протяженности дефектов Lо, а (2.11) – недопустимую по СНиП протяженность дефектов Lб.

Для оценки дефектности по количеству частные выражения ФД БС будут иметь следующий вид:

 

Дo = å До / å n = å По / å n + å Шо / å n + å Но / å n + ..., (2.12)

_

 

 

Дб = å Дб / ån = å Пб / å n + å Шб / å n + å Нб / å n + ..., (2.13)

 

где До, Дб – общее и недопустимое количество дефектов соответственно.

Для сравнения объема забракованных участков по каждой БС использовали показатель альтернативной оценки, выраженный в процентах к общему объему контроля. Показателем БiБс оценивают процент забракованных участков шва ( å m) в выборке стыков ( å n) i-й БС:

 

Бiбс = å m / å n * 100 [ % ] (2.14)

 

Рекомендуемые области применения показателей дефектности.Показатель количества дефектов Д используют при оценке сварных соединений, имеющих незначительную длину – для трубопроводов диаметром до 100 мм и металлоконструкций с длиной шва до 300 мм. Показатель протяженности дефектов L используют для стыков трубопроводов диаметром от 200 мм и больше и металлоконструкций с длиной шва более 500 мм. Установление границы применимости этих показателей обусловлено типами и размерами встречающихся дефектов в этих соединениях. Статистический анализ сварных швов показывает, что в трубопроводах диаметром до 100 мм чаще всего, до 95 %, возникают объемные дефекты (поры, шлаковые включения), а образующиеся плоскостные дефекты (непровары, подрезы) имеют протяженность от 3 до 4 мм, близкую к объемным дефектам. И вполне правомерно качество швов таких соединений оценивать числом дефектов.

В сварных швах протяженностью более 500 мм наиболее вероятная длина плоскостных дефектов с учетом БС составляет 20 – 200 мм. В этом случае оценка по числу дефектов является необъективной и малоинформативной. Поэтому здесь целесообразно использовать показатель L. Для соединений трубопроводов диаметром 100 – 200 мм или металлоконструкций длиной сварного шва 300 – 500 мм следует применять L или Д в зависимости от протяженности дефектов. При неизвестной протяженности и неотлаженной технологии сварочных процессов необходимо использовать показатели L и Д одновременно.

Количественные показатели применяются для определения состояния технологических процессов и статистического регулирования. Комплексные показатели позволяют осуществлять статистический анализ дефектности по БС, а также факторный анализ связей причина – дефект.

Для исследования параметров дефектности около нормированной СНиП (допустимой) величины 10% и 15% от толщины стенки труб, а также определения потока дефектов от минимально выявляемых до максимальных разработана “шкала уровней дефектности”. “Шкала” состоит из восьми уровней с размерами дефектов, начиная от 2 % – I-й уровень и до 25 % – 8-й уровень, см. таблицу 2.6. Шкала уровней заполняется по каждому типу дефектов. Число уровней – 8, принято исходя из чувствительности методов гамма- и рентгенографии, а также практической различимости по снимку дефектов, размерами 0,2 ® 0,3 ® 0,4 мм. Достигаемая чувствительность радиационных методов контроля составляет 1,5 – 3 % (рентгенография) и 2 – 4 % (гаммаграфия). При такой чувствительности дефекты 1 и 2 уровней выявляются удовлетворительно. По количеству дефектов этих уровней можно охарактеризовать состояние технологического процесса и выявляемость дефектов при контроле в практических условиях. 3, 4 и 5 уровни, наиболее важные, имеют границу нормирования по СНиП, где оператор принимает ответственное решение забраковать выявленный дефект по характеристическому размеру “n” , или пропустить. Уровни 6, 7 и 8 определяют наличие грубых нарушений технологических процессов, приводящих к большим дефектам. Пример заполнения шкалы дефектности приведен в таблице 2.7.

Шкала уровней дефектности позволяет анализировать состояние подготовки производства и технологических процессов, достоверность контроля и наличие субъективности (по уровням 3, 4, 5) в системе “оператор-снимок”, а также вероятность возникновения опасных по величине дефектов (по уровням 6, 7, 8).

В общем виде шкала уровней дефектности развивает формулу дефектности для БС. Заполнение каждого уровня дефектами для каждой совокупности стыков имеет определенное различие, а его значение необходимо для анализа технологических процессов. Одним из важнейших моментов анализа технологических процессов сварочного производства является определение причин той или иной дефектности [83 – 86, 109, 110, 111, 117,118].

Таблица 2.6 – Шкала уровней дефектности

Номер уровня Размер дефектов, в процентах от толщины стенки конструкции Размер дефектов, мм Количество дефектов, шт.
2 – 5 Х1 А1
5 – 8 Х2 А2
8 – 10 Х3 А3
10 – 12 Х4 А4
12 – 15 Х5 А5
15 – 20 Х6 А6
20 – 25 Х7 А7
> 25 Х8 А8

 

Таблица 2.7 – Пример заполнения шкалы дефектности

Дефектность Технология сварки Контроль качества Выводы
Х1а1 Х2а2 Не отработана, возможен сплошной брак Удовлетворительный Проверить технологические режимы, выявить причины дефектности
Х3а3 Х4а4 Х5а5 Не ясно Проверить обьективность контроля Проверить квалификацию оператора, выявить причины дефектности
Х6а6 Х7а7 Х8а8 Необходима наладка технологии Удовлетворительный Остановить сварку

 

Достоверность данных контроля по БС стыков устанавливают на основе принятого метода контроля и показателя дефектности.

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.