Разработка и обоснование математической модели и вероятностных методов определения причин брака сварных соединений

S(t) N(t) X(t)= S(t) +N(t)

[Размах]

R¹₄

R¹₃ R¹₅

R¹₂ X₃ X₄ X₅ б )

R¹₁ X₂ X

X₁

0 t1 t2 t3 t4 t5 [Время]

[Размах]

R₁ R₂ R₃ R₄ R₅

в)

X₁ X₂ X₃ X₄ X₅ X ±3G_O

 

0 t1 t2 t3 t4 t5 [Время]

а) общая схема процесса; б) распределение систематических отклонений;

в) распределение случайных отклонений; R – величина размаха;

3Gо – среднее квадратическое отклонение от нормального

таже значительное влияние оказывают случайные погрешности (окружающая среда, психофизиологическое состояние сварщика и т.д.). Для случайных отклонений величина центра распределения и размаха с течением времени остается неизменной.

Видно, что на распределение показателя дефектности Х оказывают влияние только систематические отклонения. Общее распределение принимает ассимметричный характер за счет смещения среднего значения от стандартного уровня. Это обстоятельство указывает на разладку технологического процесса сварки и других сварочных операций, которые можно выявлять и устранять, т.е. осуществлять регулирование путем корректировки процесса.

Обычно причины возникновения дефектов трактуются в общем случае исходя из особенностей металлургических и тепловых процессов, а также особенностей формирования шва, связанного с режимами сварки и материалами. Однако эти причины, как правило, не учитывают конкретные особенности и условия сварочных работ для отдельной генеральной совокупности, поэтому нами были проведены исследования по определению причин, учитывающих специфику работ, т.е. установление связей в цепочке «фактор – причина – дефект» [98 – 107, 166, 172, 173.

Изучая конкретный технологический процесс и его режимы, установлена зависимость качества заключительной операции – сварки от определенных производственных факторов, влияющих на процесс. Установлено, что при проведении сварочных работ на строительном объекте действует большое число различных факторов.

К основным производственным факторам относятся квалификация исполнителей, подготовка и сборка под сварку, сварочные материалы, сварочное и вспомогательное оборудование, сварочный процесс, условия сварки, организация работ, термообработка, дефектоскопический контроль, квалификация ИТР, время года, ритмичность работ. Из этих факторов необходимо было установить, какие из них являются доминирующими в образовании дефектности. Следует отметить, что в общем случае на качество выполнения сварочных работ значительное влияние могут оказывать так называемые форс-мажорные обстоятельства, которые выходят за рамки данной работы и поэтому не рассматриваются.

Каждый фактор представляет собой определенное состояние материалов, оборудования, исполнителей, условий и т.д., учитываемых конкретными параметрами для конкретной генеральной совокупности. Назовем эти параметры факторными параметрами.

Факторные параметры, удовлетворяющие требованиям технических условий (ТУ) и обеспечивающие ведение операции сварки с минимальным образованием дефектности, назовем положительными. Например, входной контроль качества электродов дал положительные результаты. Электроды на объекте просушиваются и прокаливаются. Сварщик на объекте имеет герметичный пенал для сохранности электродов от увлажнения и выполняет сварку не отсыревшими электродами. Эксцентричность отсутствует. Дефекты, связанные со сварочно-технологическими свойствами и влажностью обмазки, отсутствуют. Все параметры фактора сварочных материалов – электродов положительные. Это значит, что при сварке этими электродами образование дефектов за счет случайных отклонений будет минимальным.

Факторные параметры, не удовлетворяющие требованиям ТУ и вызывающие появление систематической дефектности, назовем отрицательными. Например, при выборе электродов, имеющихся на объекте у сварщика, обнаружена эксцентричность обмазки. Электроды перед сваркой не прокаливались, при сварке обмазка электродов плавится неравномерно, образуются так называемые “козырьки”, вызывающие появление пористости и частичный непроплав. Отрицательные факторные параметры, вызывающие систематическое появление дефектности при сварке, будем называть факторными причинами или просто причинами дефектов.

Факторные параметры, как правило, переменные величины. Под действием различных производственных условий на конкретном объекте они могут изменяться. Поэтому учет параметров должен быть постоянным, а проверка их состояния систематической.

Общая схема модели, по которой происходит установление причин появления дефектности в сварных швах и снижение ее уровня, выглядит следующим образом.

При появлении дефектности (количества и размера дефектов) выше установленного уровня, определяются причины ее образования. После устранения обнаруженных причин, вновь производится определение уровня дефектности. Эта процедура выполняется до тех пор, пока уровень дефектности установится в пределах установленных границ. Определение дефектности производили по данным визуального (ВК), рентгенографического (РГГ) и ультразвукового (УЗК) контроля. В первом случае (до устранения причины) определяли связь конкретной причины с конкретными дефектами. Во втором случае (после устранения причины) – влияние данной причины на объем и структуру дефектности. Как показали выполненные нами исследования, дефекты образуются в результате сочетания различных причин (нарушений), но всегда при какой-то одной – двух доминирующих причинах.

Сложность определения причин заключается в том, что при устранении какой-то одной причины в технологическом процессе сборки-сварки могут появляться другие виды дефектов с другими формами и размерами. Поэтому изучение связей Ф - П - Д возможно не вообще, а конкретно для каждой БС в определенных, заранее известных условиях.

Для практических условий важно определить вероятность того, что данная структура дефектности представляет данную доминирующую причину и, как следствие, конкретный фактор технологического процесса сварки:

0 < P(ДП) < 1 (3.10)

или

_

Р(ДП) = p (3.11)

определяли на основании статистических данных НК по годовому циклу контроля:

Р(ДП) = (А / S (Ф_аП)) * 100% , (3.12)

где P(ДП) и p – вероятность соответствия структуры дефектности причине ее образования; S (Ф_аП) – число повторений причины; А – число практических подтверждений данной причины.

Например, за 2008 год по фактору подготовка и сборка под сварку выявлено 1970 случаев, когда доминирующей причиной возникшей недопустимой дефектности определялись отрицательные параметры фактора, из них подтвержденных практически – 1754 случая. Вероятность представления доминирующего фактора – подготовки и сборки под сварку

Р(ДП)_пс = ¾¾¾ = 0.89.

Анализ причин дефектности в цепочке Ф - П - Д проводили с использованием массивов истории качества БС за период не менее 2 лет. Из отчетов операторов ПК, или экспертным путем устанавливали основные причины и дефектность, выявленную на участке контроля в момент действия указанной причины. Причины и дефектность систематизировали и обрабатывали с помощью компьютерной техники.

Цель исследования:

- установить, какие дефекты по типу, количеству и структуре образуются в момент действия определенных причин;

- установить структуры дефектности в зависимости от причин;

- определить доминирующие причины в ряду действующих причин на объектах сварочных работ.

Анализ связей Ф - П - Д проводили для условий сборочно-сварочных работ впервые. Поэтому первоначально определяли причины при конкретных способах сварки – ручной дуговой (РДС), аргонодуговой (РАДС), механизированной в СО₂ и в смеси СО₂ + Ar . В дальнейшем, по мере накопления информации в базе данных, выполняли исследования по каждой БС.

Алгоритм определения доминирующих в образовании дефектности производственных факторов и их причин (отрицательных параметров этих факторов) представлен на рисунке 3.9.