Надежность и долговечность сварных конструкций и сооружений при эксплуатации зависят от качества сварных соединений. В свою очередь на работоспособность последних оказывают существенное влияние дефекты сварки, которые в виде трещин, непроваров, пор уменьшают рабочее сечение шва, ослабляя его прочность, а также создают большие концентрации напряжений, являясь очагами разрушений. По наличию дефектности в сварном шве и околошовной зоне судят о качестве соединения и конструкции в целом. Именно поэтому вопрос статистических методов контроля и управления сварочными процессами, позволяющих снизить уровень дефектов практически до нуля, является особенно актуальным. К этой теме в своем докладе обратился Л. С. Денисов, д. т. н., проф. кафедры ПМ, С и ТМ БНТУ, председатель НП секции "Сварка и родственные технологии" ОО БИО, на семинаре "Эффективная сварка, ресурсосбережение и качество", который был организован ОАО "Стройкомплекс" 22 марта т. г.

Как отметил Л. С. Денисов, по различным оценкам брак сварных соединений на предприятиях, выполняющих сварочные работы, составляет от 20 % и более. Именно поэтому актуальной задачей сегодня и в обозримом будущем является обеспечение требуемого качества сварных соединений путем предупреждения и снижения дефектности. "Снижение дефектности и брака позволяет уменьшить число аварий на производстве, а также снизить расход материальных и энергетических ресурсов, — подчеркнул он. — Решение этой задачи требует системного подхода, в основе которого должны лежать статистические методы контроля, позволяющие не только контролировать, но и управлять сварочными процессами и качеством соединений".

По словам выступающего, в настоящее время на производствах, специализирующихся на сварочных или родственных сварке технологиях, статистические методы контроля, к сожалению, не применяются. Между тем, в республике введен стандарт по сварке СТБ ISO 3834 "Требования к качеству сварки плавлением металлических материалов", который тоже пока не нашел своего практического применения. "Парадоксально, но факт: этот важный международный сварочный стандарт не находит применения у сварщиков Беларуси, — рассказал Л. С. Денисов. — Главным образом этот парадокс объясняется отсутствием адаптивных механизмов (технологий), которые позволяли бы эффективно, а не "на бумаге", внедрять этот и другие международные стандарты".

Какие же существуют пути решения проблемы и как обеспечить требуемое качество сварочных работ и сварных соединений?

Л. С. Денисов предложил участникам семинара рассмотреть задачи по созданию адаптационных технологий на основе элементов статистического контроля и математической статистики, в том числе основные из них:

• систематизация сварочной продукции и сварных соединений;

• установление на предприятии показателей (измерителей) качества сварных соединений;

• введение сбора, учета и обработки информации о дефектах и нарушениях при выполнении сварочных работ;

• установление причин брака (дефектности) по результатам анализа и мер по предупреждению дефектов и нарушений;

• введение планирования и управления качеством, правил регулирования хода процессов при их отклонении от заданного уровня, системы целей адекватных математических моделей и др.

Как подчеркнул докладчик, адаптационных механизмов, которые подразумеваются международными стандартами по сварке (в частности, СТБ ISO 3834), на предприятиях, заводах, выполняющих сварочные работы, сегодня нет. Вместе с тем, разработки по этой тематике выполнены и выполняются в Институте сварки и защитных покрытий совместно с секцией "Сварка и родственные технологии". Их результаты могут быть очень интересны для сварочных производств, предприятий, заводов и т. д.

Л. С. Денисов в своем докладе кратко рассмотрел суть адаптационных технологий и механизмов статистического контроля и управления сварочными процессами для решения поставленных задач.

Систематизация сварочного производства

Такая систематизация необходима для установления однородных сварных соединений — базовых совокупностей стыков — (БПС, БС) и сварочной продукции. "Элементы производства и их группы для каждой БПС должны быть неизменны или изменяться незначительно и образовывать i-ю серию стыков, изготовляемую за определенный промежуток времени в определенных условиях, — рассказал докладчик. — Степень однородности определяется математико-статистическими методами. Количество входящих в БС элементов обозначено символом N. Величина N может быть как конечной, так и бесконечной. В нашем случае N может представлять общий объем стыков i — базовой партии, сваренной в течение месяца, квартала, полугодия, года. На основании предельного закона больших чисел математической статистики выборка от данной генеральной совокупности (базовой партии стыков) является репрезентативной. Для формирования однородной статистической совокупности составлен алгоритм:

ЭП1+ ЭП2+…+ ЭПn

СП NiБПС

ГП1+ ГП2+…+ ГПn

где СП — сварочное производство, ЭП1 ЭП2... — элементы производства; ГП — группировочные признаки ЭП: ГП1 — 1.1, 1.2, 1.3... и т. д.; ГП2 — 2.1, 2.2, 2.3... и т. д.; NiБПС -i — базовая партия стыков.

Таким образом, к статистически однородным группам — базовым партиям стыков — относят стыки, имеющие сходные конструктивные, технологические и эксплуатационные признаки (диаметр, типоразмер, способ и условия сварки, присадочный материал, квалификацию, степень ответственности соединений, характер производства, способ и условия контроля)". От известного определения партии продукции по ГОСТ 15467 введенное понятие базовой партии отличается тем, что продукция партии может быть изготовлена на разных производственных участках, объектах и в разное время. Обязательным для изготовления базовой партии является наличие единой технической документации.

Показатели (измерители) качества сварных соединений

Для оценки сварных соединений и уровня дефектности за определенный цикл времени сварочных работ разработаны количественные измерители: по количеству дефектов на участке контроля , протяженности дефектов , комплексные показатели для установления структуры дефектности по БПС и альтернативные (табл.).

Таблица. Показатели качества с числовыми примерами для БПС-Р.1 (ручная дуговая сварка, Ж, 57–108 мм)

Сбор, учет и обработка информации

"Для обеспечения учета, сбора и статистической обработки результатов контроля разработана оперативная информационная система, учитывающая особенности цеховых и монтажных условий, способов сварки и контроля в любом отрезке времени, — пояснил выступающий. — Система основывается на приведенных выше количественных показателях качества и использует принцип базовых партий стыков. Сбор и учет информации ведется по контрольным картам, охватывающим все действующие на предприятии и строительстве факторы, условия и параметры технологических процессов. Карты учета универсальны и могут использоваться практически на всех этапах предупредительно-статистического контроля для различных отдельных и групповых объектов, заводов, монтажных управлений, трестов".

Обработку информации можно условно разделить на два основных этапа. Первый — при контроле непосредственно на объекте для принятия конкретного решения по состоянию того или иного процесса, так называемая локально-объектная обработка. Второй этап — обработка суммы однотипных объектов, цеховых, строительных организаций, отраслей по накопленной информации за определенный период.

Цель обработки информации в первом случае — выявление и устранение причин дефектности, зависящих от состояния и условий непосредственно на объекте; во втором — изучение положительных и отрицательных факторов (событий), выявление и установление обусловленных закономерностей, которым они подчиняются на различных уровнях, технологический процесс — объект — цех — завод — министерство.

Анализ дефектности, установление причин брака

По словам Л. Н. Денисова, количественный анализ дефектности позволяет устанавливать статистику дефектов по видам, размерам, количеству, их повторяемости и изменчивости, определять причины появления тех или иных дефектов. Это важная первичная информация о динамике и уровне качества на заводе и в строительно-монтажном производстве. Количественный анализ реальной дефектности может выполнять любое подразделение, где организованы учет, сбор и обработка информации по результатам контроля.

Установление действующих причин выполняется путем контроля и анализа факторов влияния на конкретном объекте по конкретной БПС. Первоначальный учет и анализ проводят с помощью факторных таблиц. Такая таблица представляет собой простейшую схему — алгоритм, связывающий три явления: фактор — причина — дефект (Ф — П — Д). В таблице последовательно раскрываются возможные отрицательные факторные параметры (ОФП), их детальный перечень по каждому фактору, причины ОФП и дефекты, образующиеся под влиянием или действием каждой причины. Анализ факторов влияния и причин проводят на основании большого объема наблюдений. Конечным результатом анализа является определение статистической связи между доминирующими причинами и структурой дефектности. Работы выполняются опытным специалистом по сварке и контролю.

Регулирование хода технологических процессов

Осуществляется по картам предупредительного контроля, рассчитанным по данным анализа дефектности. Регулирование выполняют на основании текущих значений Д или l, которые определяют выборочным неразрушающим контролем стыков базовой совокупности или иными методами контроля (см. рис.).

Статистический контроль и регулирование техпроцессов на объекте — основа управления качеством сварочных работ.

Формирование входного качества Свх и его оценка выполняется путем предварительной оптимизации факторов по параметрическим моделям.

Сущность управления качеством по модели заключается в сравнении Свых с Сзад (расчетным). В случае Свых > Сзад осуществляют регулирование (корректировку) технологических процессов и параметров факторов, обусловливающих Свых. В общем случае формирование дефектов в реальном технологическом процессе описывается стохастической моделью, где суммарный показатель дефектности можно разложить на дефектность, вызванную систематическими погрешностями от ОФП, и на дефектность, вызванную случайными причинами. На распределение показателя качества влияют главным образом систематические отклонения ОФП. Общее распределение принимает ассиметричный характер за счет смещения среднего значения С от заданного уровня. Это обстоятельство указывает на разладку технологического процесса. Для случайных отклонений величина центра распределения и размаха с течением времени остается неизменной.

Как подчеркнул Л. С. Денисов, завершая свое выступление, благодаря разработанным адаптационным механизмам и моделям, обеспечивающим внедрение международного стандарта СТБ ISO 3834 и управление качеством сварочных работ и сварных соединений, удается существенно снизить дефектность, вплоть до уровня "0-дефектов".

Задачей сегодняшнего сварочного производства для каждой организации, завода и предприятия является достижение следующей оптимальной и прогрессивной структуры методов сварки:

• механизированные способы — увеличить до 60 % (сегодня — 30 %);

• автоматизированные способы — увеличить до 15 % (сегодня — 5,5 %)

• ручные способы сварки — снизить до 20 % (сегодня порядка 60 %)

• другие прогрессивные способы сварки — увеличить до 5 % (сегодня — порядка 0, 5 %).

Это позволит снизить расход сварочных материалов до 45 % и сэкономит расход электроэнергии до 45–50 %, повысит производительность сварочных работ в 2 раза и более, что в определенной мере компенсирует отток квалифицированных сварщиков из республики. Переход на механизацию и автоматизацию также позволит резко повысить качество сварочных работ и обеспечит безопасную эксплуатацию сооружений, машин и механизмов.