Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Пашеева Татьяна Юрьевна
Повышение качества изготовления корпусных
конструкций судов путем совершенствования
управления технологическими процессами
Специальность 05.08.04 - Технология судостроения, судоремонта
и организация судостроительного производства.
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург
2012
Работа выполнена на кафедре Технологии металлов и судоремонта федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Мурманский государственный технический университет.
Научный руководитель:
кандидат технических наук, доцент, зав.кафедрой ТМиС (Технология металлов и судоремонта), Баева Людмила Сандуовна.
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, с.н.с., старший научный сотрудник ОАО Центр технологии судостроения и судоремонта Розинов Арнольд Яковлевич;
кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой Сварка судовых конструкций Мурзин Виктор Васильевич.
Ведущая организация: ОАО Центр Судоремонта Звездочка,
г. Северодвинск.
Защита диссертации состоится л20 марта 2012 года в л14 часов, на заседании диссертационного совета Д.212.228.05 при Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете, по адресу: 190008, г. Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, д.3.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского
государственного морского технического университета.
Автореферат разослан л____ февраля 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат технических наук, доцент Муравьев Александр Николаевич
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Высокая значимость корпусов в обеспечении безопасности эксплуатации судна в целом предъявляет особые требования к качеству изготовления корпусных конструкций. Обеспечить соответствующие технические и эксплуатационные характеристики корпусных конструкций можно только при условии строгого выполнения технологических процессов и их стабильности. Особую роль здесь играют различные способы объективного контроля, как производственных процессов, так и самих изделий. Одним из существенных резервов сокращения сроков постройки судов является соблюдение обязательной технологии судостроительного производства в отношении точности изготовления корпусных конструкций судна. В этих условиях эффективность постройки судна зависит от обеспечения точности комплектующих деталей корпусных конструкций судна. Сборка корпусных конструкций без дополнительной подгонки и исправлений должна обеспечиваться изготовлением комплектующих деталей с заданной точностью. Увеличивающиеся темпы судостроительного производства придают вопросам геометрических параметров особое значение, так как от соблюдения их точности зависят прочность, надежность и эксплуатационные свойства корпуса судна.
При постройке судна большое значение имеет, какие технологии были применены при изготовлении полотнищ корпуса судна, каким образом были выполнены раскрой, подготовка и разделка кромок листовых заготовок под сварку. Резка и сварка являются одними из основных технологических процессов при постройке судна. Качество процесса резки определяет точность изготовления деталей, качество их сборки и сварки. Качество выполнения технологического процесса сварки во многом определяет надежность корпусных конструкций судов. В свою очередь на снижение надежности корпусных конструкций существенное влияние оказывает коррозионный износ, особенно если он происходит в зоне сварного шва, что может привести к нарушению герметичности соединения. Наглядным примером тому может служить образование коррозионного свища в сварном патрубке трубопровода забортной воды на теплоходе Аскания Нова, находившемся в полном грузу в Индийском океане. Последствиями аварии послужило затопление машинного отделения судна, отсутствие хода и какой-либо управляемости. В результате, в район дрейфа судна необходимо было доставить порожние транспортные суда и буксиры, осуществить разгрузку Аскания Нова в трюмы этих судов, отбуксировать аварийное судно в зарубежное судоремонтное предприятие для проведения ремонта. Нетрудно представить, во что это обошлось судовладельцу Аскании Нова. Самыми драматичными последствиями разрушений из-за износов корпусных конструкций и коррозии сварных швов являются разламывания, которые, как правило, происходят в наиболее напряженных конструкциях корпуса или в дефектных районах сварных швов. Примером тому могут служить нашумевший разлом греческого танкера Престиж в ноябре 2002 года и российского танкера Волгонефть-139 в ноябре 2007 года. Недостаточная прочность корпуса особенно наглядно проявляется при попадании судна на так называемые волны-убийцы, что обычно приводит к разламыванию корпуса.
Швы сварных соединений корпусных конструкций судов являются наиболее уязвимым звеном, поскольку именно здесь локализуются процессы, приводящие в конечном итоге к повреждениям или разрушению. Коррозионные канавки, располагаясь в зоне максимальных остаточных напряжений, представляют собой дополнительный концентратор и усиливают отрицательное влияние циклического нагружения на усталостную прочность сварных соединений. Очевидно, что канавочная коррозия инициирует образование трещин в оставшемся живом сечении околошовной зоны, снижая уровень надежности сварных соединений и корпусных конструкции судна в целом. При изготовлении корпусных конструкций судов не всегда удается избежать технологических дефектов. В связи с возрастающими требованиями к качеству изготовления корпусных конструкций судов необходимы разработка и внедрение программы улучшения технологических процессов резки, сборки и сварки, совершенствования анализа дефектности и планирования качества. Таким образом, повышение качества изготовления корпусных конструкций судов путем совершенствования управления технологическими процессами является весьма актуальным.
Цель диссертационной работы. Целью настоящей работы является повышение качества изготовления корпусных конструкций судна в условиях судокорпусного производства для снижения стоимости и конкурентоспособности постройки судов.
Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи:
- исследованы основные параметры надежности элементов машины плазменной резки Кристалл, существующее состояние технологических процессов плазменной резки;
- получена статистическая информация о фактическом состоянии зоны реза, наличии или отсутствии технологических дефектов;
- установлены причины технологических отклонений от заданных геометрических параметров;
- выполнено управление технологических процессов резки, определяющих качество реза;
- получены статистические данные о параметрах сварных швов и технологических дефектах, возникающих при их выполнении;
- выполнен анализ соответствия качества сварного шва современным требованиям и нормам;
- проведена количественная оценка качества сварных швов;
- выполнено управление технологических процессов сварки для улучшения качества сварных швов;
- разработана методика контроля качества корпусных конструкций судов путем решения комплекса теоретических и практических задач;
- разработана методика управления технологическими процессами изготовления корпусных конструкций судна повышенного качества.
Объект исследования. Объектом исследования являются корпусные конструкции.
Предметом исследования является совершенствование управления технологическими процессами изготовления корпусных конструкций.
Основные результаты и положения, выносимые на защиту:
1. Количественные результаты экспериментальных замеров технологических дефектов, образующихся в процессе резки, сборки и сварки деталей корпусных конструкций полученные в условиях судокорпусного производства.
2. Причины и закономерности дефектообразования в процессе резки, сборки и сварки комплектующих деталей корпусных конструкций.
3. Результаты прогнозирования износа расходных элементов машины плазменной резки Кристалл, влияющих на качество реза.
4. Результаты анализа факторов, влияющих на коррозионные процессы в сварных швах.
5. Методики управления технологическими процессами резки и сварки, обеспечивающие повышение качества изготовления корпусных конструкций.
Методы исследования. В работе использованы эмпирические и теоретические методы исследований. При определении и анализе экспериментальных результатов замеров технологических дефектов использовались методы системного и статистического анализа. Вероятностные методы для большой выборки применялись при обосновании методики контроля качества в процессе плазменной резки. Экспериментальные методы использовались при исследовании параметров надежности элементов машины плазменной резки Кристалл.
Научная новизна и научные результаты:
1. Впервые получены многочисленные экспериментальные результаты по замерам технологических дефектов при резке, сборке и сварке комплектующих деталей корпусных конструкций в производственных условиях.
2. Выполнен анализ причин и установлены закономерности дефектообразования в процессе резки, сборки и сварки комплектующих деталей.
3. Впервые выполнена оценка срока износа сопл и электродов машины плазменной резки Кристалл до предельного состояния, которое обеспечивает бездефектную резку комплектующих деталей.
4. Разработана методика контроля качества сварного шва, основанная на категории причинно-следственной связи: фактор - причина - технологический дефект, позволяющая повысить эффективность технического контроля и обеспечить переход к управлению технологическими процессами сварки.
5. Создана система управления технологическими процессами резки, сборки и сварки комплектующих деталей для изготовления корпусных конструкций повышенного качества.
Достоверность результатов проведенного исследования обеспечивается использованием апробированных методов статистического анализа при определении технологических отклонений резки и сварки корпусных конструкций, хорошей сходимостью теоретических результатов с данными эксперимента при оценке долговечности расходных материалов плазмотрона, корректным применением указанных в работе методов контроля качества с целью повышения точности размеров деталей.
Практическая значимость работы заключается в разработке методики управления технологическими процессами резки и сварки комплектующих деталей при изготовлении корпусных конструкций повышенного качества.
Результаты прогнозирования сроков износа расходных элементов плазмотрона машины плазменной резки Кристалл позволяют:
- установить временные рамки их наработки до предельного состояния, с обеспечением гарантии вырезки деталей с заданной геометрической точностью;
- обеспечить увеличение эффективности работы машины плазменной резки Кристалл в условиях сборочно-сварочного производства;
- сократить количество расходных материалов при резке и сварке; уменьшить объем пригоночных работ.
Значительный объем экспериментальных результатов по замеру технологических дефектов при резке, сборке и сварке деталей в условиях производства позволил усовершенствовать систему технического контроля качества изготовления корпусных конструкций.
Использование методик управления технологическими процессами резки и сварки комплектующих деталей в корпусообрабатывающем производстве позволяет снизить сроки и трудоемкость изготовления корпусных конструкций, повысить их точность и качество изготовления конструкций и, тем самым, обеспечить снижение стоимости изготовления корпуса и повышение конкурентоспособности строящихся судов.
Реализация результатов работы. Результаты исследований могут быть использованы в судокорпусном производстве судостроительных и судоремонтных предприятий, а также в родственных отраслях промышленности. Предлагаемая методика управления технологическими процессами изготовления корпусных конструкций и система технического контроля качества изготовления приняты к внедрению в ОАО Мончегорский механический завод, ООО Севзапстальконструкция УК, ЗАО МПСП Северо-Запад, ООО Северный ГАРАНТ. Материалы диссертации используются в учебном процессе при изучении дисциплин Ремонт корпусных конструкций, Технология судоремонта, Технология производства сварных конструкций.
Участие автора в работе. Основные результаты работы получены автором самостоятельно, включая постановку задач исследования, замеры и анализ технологических дефектов резки, сборки и сварки в условиях производства, методику прогнозирования износа расходных элементов плазмотрона машины Кристалл, методики управления технологическими процессами изготовления корпусных конструкций и усовершенствованную систему технического контроля качества конструкций.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава МГТУ в 2008 - 2011 гг. (г. Мурманск, Мурманский государственный технический университет), на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и курсантов Государственной морской академии им. С. О. Макарова в 2008 г. (г. Санкт-Петербург), на 3-й Международной научно-практической конференции Наука и устойчивое развитие общества. Наследие В. И. Вернадского в ТГТУ в 2008г. (г. Тамбов, Тамбовский государственный технический университет), на Всероссийском научно-практическом семинаре с международным участием в МГПУ в 2009г. (г. Мурманск, Мурманский государственный педагогический университет), на Ежегодной Всероссийской научной конференции Научное творчество XXI века, НТ-2009 (г. Красноярск); на Девятой сессии международной научной школы Фундаментальные и прикладные проблемы надежности и диагностики машин и механизмов, посвященной памяти В. П. Булатова VPB - 09 в 2009г. (г. Санкт-Петербург, Институт проблем машиноведения РАН (ИПМАШ РАН)).
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 13 научных работ, из которых четыре статьи опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях. Из четырех статей в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях две выполнены без соавторов, в двух авторское участие составляет 50% соответственно. Среди прочих публикаций, из которых 1 является статьей и 8 тезисами, 1 статья выполнена без соавторов, авторское участие в остальных - 50%.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных литературных источников, включающего 209 наименований; 23 приложений, 4 актов внедрения в промышленность. Основная часть работы изложена на 171 страницах машинописного текста, содержит 18 таблиц, 52 рисунка.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении показано несоответствие качества изготовления корпусных конструкций современным требованиям судостроения и судоремонта. Отмечено, что повысить качество изготовления корпусных конструкций судов можно путем организации управления технологическими процессами. Обоснована актуальность темы исследований, выполненных в диссертационной работе.
В первой главе выполнен аналитический обзор исследований по теме диссертации, производственной документации. Изучены труды М.Н.Гаврилова, А.С.Брикера, М.Н.Эпштейна, А.В.Шурпицкого, И.Г.Ширшова, В.Д.Горбача, В. С. Головченко, Л.В.Ефремова, И. Н.Стогова, В.И.Алферова, В.П.Куликова, В.С.Михайлова, Ю.П.Адлера, и других исследователей.
Материалы, изложенные в трудах, дают возможность ознакомиться с такими проблемами, как проблема обеспечения геометрической точности, прочности корпусных конструкций, качества их изготовления, эксплуатационной надежности. Анализ рассмотренной научно-технической литературы позволяет утверждать, что в настоящее время проблема качества и надежности корпусных конструкций является одной из наиболее важных проблем экономического и технического развития судостроительной промышленности. Главным недостатком существующих систем контроля качества следует считать отсутствие предупредительных функций контроля и, следовательно, активного воздействия на качество. В связи с этим в диссертационной работе показано влияние точности изготовления деталей на сборку и сварку корпусных конструкций, качество сварных соединений и общую надежность корпуса судна. Рассмотрена необходимость совершенствования организации подготовки производства сборочно-сварочных цехов, в том числе заготовительных участков. Проанализированы существующие технологии резки, сборки и сварки. Установлены факторы и условия, определяющие и обусловливающие качество сборочно-сварочных процессов. Показано влияние технологии сварки на коррозионную стойкость сварных швов. Выполнена классификация технологических дефектов сварных швов. В процессе исследования технологических дефектов сварных швов установлено: каждой однородной группе сварных соединений присущ определенный уровень дефектности, отличающийся по видам, размерам, количеству дефектов. Влияние дефектов на долговечность сварного соединения повышается с увеличением длительности работы конструкции, находящейся в напряженном состоянии, особенно в условиях низких температур и коррозионного воздействия. Уровень коррозионной надежности сварных соединений корпусов судов зависит от скорости их коррозионного изнашивания (рис.1).
Рис. 1. Коррозионный износ сварного шва
корпуса судна Ц от скулы к килю
Скорость местного коррозионного изнашивания сварных соединений зависит от режимов сварки: возрастает при увеличении сварочного тока и напряжения и снижается при увеличении скорости сварки. Поэтому необходимо применять технологию приварки набора к обшивке с таким термическим циклом, который обеспечивал бы скорость канавочной коррозии (VKK), не превышающую скорости коррозии основного металла (VK):
vКК = ) (1)
где vKK =VKK/VK - относительная скорость канавочной коррозии.
Для решения поставленной задачи в диссертационной работе рассмотрены факторы, оказывающие наибольшее влияние на развитие коррозии: напряжение на дуге , сварочный ток, скорость сварки V c, толщина листа (заготовки) S л, форма подготовки кромки Ф к, вид защитной среды (ЗС) - флюс и углекислый газ, форма разделки кромок. Необходимо правильно выбирать присадочные материалы, конструкцию сварного шва, методы и режимы сварки; сварку следует осуществлять при возможных минимальных значениях напряжения, тока и максимальной скорости сварки, т.е. на малых погонных энергиях сварки.
В результате исследований, проведенных в первой главе, обоснована и подтверждена актуальность задач по повышению качества изготовления корпусных конструкций судов путем совершенствования технологических процессов резки, сборки и сварки. Доказано, что одним из основных путей повышения качества корпусных конструкций судна является введение жесткой системы контроля качества на каждом технологическом этапе изготовления корпусных конструкций судна. По материалам настоящей главы сформулирована цель исследований и задачи ее реализации.
Вторая глава посвящена исследованию проблемы качества корпусных конструкций судна. Дано обоснование выбора объекта исследования. Рассмотрено влияние точности резки комплектующих деталей из листового проката на сборку и пригоночные работы. Сборка корпусных конструкций без дополнительной подгонки и исправления деталей должна обеспечиваться изготовлением этих деталей с установленной нормативными документами точностью. За основные характеристики комплектующих деталей в работе приняты прямолинейность, плоскостность, перпендикулярность смежных поверхностей, равенство диагоналей. Для размеров, форм, положений конструкции, характеризуемых линейными и угловыми величинами, принято обобщенное название - геометрические параметры. При изготовлении деталей практически невозможно получить абсолютно точно заданные для них проектной или нормативной документацией размеры. Проявление отклонений от заданных размеров и формы при изготовлении корпусных конструкций вызвано многими причинами. Поскольку вопросы точности изготовления корпусных конструкций имеют прикладное значение для судостроения, то необходимо изготовить детали с такой геометрической точностью, которая обеспечит проектные параметры соединений и сборку корпусных конструкций без дополнительной подгонки. Применение пригоночных работ при сборке корпусных конструкции приводит к изменению размеров конструктивных элементов разделки кромок и площади поперечного сечения собранного соединения, следовательно, к изменению размеров усилений сварных швов, увеличению расхода сварочных материалов, повышению трудоемкости сварки. В работе установлена закономерность возникновения дефектов сварных швов корпусных конструкций. В результате исследования подтверждена прямая зависимость качества сварки и прочности корпусных конструкций от качества и точности резки заготовки: неровные и неточные резы деталей существенно затрудняют процесс и качество сборки полотнищ корпусных конструкций (рис.2, 3).
Рис. 2. Зазоры при сборке Рис.3. Негативное влияние зазоров корпусных конструкций на сборку корпусных конструкций
Представлены результаты исследований по определению фактической точности машин и технологических процессов резки и оценке влияния каждой группы погрешностей на конечную точность изготовления деталей. Исследования выполнялись при помощи переносных газорезательных машин и стационарных машин плазменной резки Кристалл. Приводимые ниже результаты относятся к вырезке деталей с размерами от 500 мм и более, толщиной от 8 мм до 30 мм. Резка переносной газорезательной машиной выполнялась по разметке после зрительной установки резака и напрявляющих машины по линии разметки, плазменная резка деталей выполнялась на стационарных машинах плазменной резки Кристалл (рис.4, 5).
Рис.4. Резка заготовок переносной Рис.5. Машина плазменной резки
машиной Кристалл
Замеры деталей, вырезанных переносной газорезательной машиной, производились дважды: сначала замеры осуществлялись между линиями разметки по длине и ширине размеченной детали, а затем в тех же точках определялись фактические размеры детали после ее вырезки. Кроме замеров по длине и ширине, у готовой детали замерялись отклонения кромок от прямолинейности. Исходя из полученных данных, более 85% деталей, вырезанных переносной газорезательной машиной, имели отклонения в пределах от 3 мм до 5мм.
Замеры деталей, вырезанных машиной плазменной резки Кристалл, выполнялись на машинах, эксплуатировавшихся продолжительное время без подналадки, а затем на тех же машинах после их подналадки. Исходя из полученных данных замеров, более 95% деталей, вырезанных машиной плазменной резки Кристалл, имели отклонения в пределах от 2мм до 3мм. Детали, полученные в процессе резки, после подналадки машины, имели отклонения в пределах от 1 до 1,5мм. Следовательно, для получения более точных размеров деталей необходимо устанавливать жесткие временные значения подналадок. Одновременно определены наиболее типичные ошибки операторов машины плазменной резки Кристалл, одной из которых является запоздалая или преждевременная замена расходных элементов плазмотрона. Использование дефектных расходных элементов ведет к снижению качества реза и сокращению срока службы плазмотрона, при преждевременной замене элементов они не вырабатывают свой ресурс полностью, что увеличивает стоимость работ. В настоящее время для плазмотронов машин плазменной резки Кристалл не разработаны инженерные методы прогнозирования долговечности и безотказности, в связи с этим в процессе работы накоплен достоверный статистический материал по элементам, надежность которых не удовлетворяет требованиям эксплуатации. В итоге, установлена фактическая картина надежности машины плазменной резки Кристалл и выявлены слабые звенья в работе машины: расходные элементы плазмотрона. В состав задачи по исследованию причин недостаточной геометрической точности деталей вошло изучение вероятностных характеристик фактической долговечности расходных материалов (сопла, электрода) с целью гарантировать безотказную работу машины в межремонтный период эксплуатации, получать в процессе резки точные размеры деталей. С этой целью выполнено опытное наблюдение за нарушениями технологических операций работы машины плазменной резки Кристалл, которые выражаются в отклонении заданных размеров при резке деталей. В процессе наблюдения выявлены дефекты, т.е. повреждения или фактические отказы, которых можно было бы избежать за счет соответствующих технологических решений. Для получения ресурса расходных элементов получена зависимость изменения технического состояния объекта во времени, а также установлен критерий, характеризующий предельное состояние. Ресурс определялся по моменту времени, когда техническое состояние элемента постепенно ухудшаясь, достигало предельного уровня. Нормативные сроки и объемы ремонтов определены с учетом вероятностной природы повреждений и отказов при заданных допустимых вероятностях не достижения предельного состояния- состояния объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или невозможно. Исходные данные: расходные элементы (сопло, электрод) плазмотрона машины плазменной резки Кристалл; табличные данные замеров изношенных диаметров сопл, электродов. X - случайная величина, может принимать непредсказуемые заранее значения, которые имеют свое математическое ожидание X0 и меру рассеивания относительно этого математического ожидания.
Данные для исследования стойкости сопл: X = 3.151; 3.155; 3.020; 3.040; 3.180; 2.450; 1.935; 3.008; 2.025; 1.845; 2.631; 1.883; 1.810; 3.080; 2.663; 2.375; 1.710; 2.420; 2.250; 2.627; 3.083; 3.090; 3.090; 3.255; 2.009; 3.045; 2.763; 2.375; 2.200; 2.643; 3.325; 2.698; 2.635; 2.100; 2.768; 2.912; 2.565; 2.401; 2.756; 2.860; 3.020; 2.620; 2.757; 1.847; 2.245; 2.355; 3.045; 2.299; 2.277; 1.748.
Данные для исследования стойкости электродов: X = 6.100; 6.510; 5.695; 4.780; 5.465; 6.230; 5.625; 5.545; 6.360; 4.900; 6.025; 5.535; 4.975; 5.588; 6.540; 6.450; 6.503; 5.640; 5.045; 6.275; 5.048; 6.170; 5.945; 5.020; 5.605; 5.660; 5.790; 5.660; 5.617; 5.660; 6.322; 5.098; 5.880; 5.475; 6.120; 6.110; 5.365; 5.362; 6.095; 5.025; 6.280; 5.100; 5.555; 5.085; 5.545; 6.395; 5.045; 5.665; 5.630; 6.000.
Последовательность исследования стойкости сопл и электродов: определение параметров распределения Вейбулла по эмпирическому распределению; определение параметров нормального распределения по эмпирическому распределению, определение параметров логнормального распределения по эмпирическому распределению; определение параметров равномерного распределения по эмпирическому распределению (табл. 1).
Таблица 1
Результаты расчетов исследования стойкости расходных элементов плазмотрона (сопла, электрода)
Закон | Коэффициент корреляции (данные для сопл) | Коэффициент корреляции (данные для электродов) |
Вейбулла | 0.9315 | 0.8840 |
Нормальный | 0.8414 | 0.8408 |
огнормальный | 0.9228 | 0.8990 |
Равномерный | 0.7725 | 0.7788 |
По окончании исследования стойкости сопл принимаем для расчетов закон распределения Вейбулла при коэффициенте корреляции Rxy= 0.9315, поскольку в этом случае наблюдается наилучшее согласование теоретической линии с эмпирическим распределением. По окончании исследования стойкости электродов принимаем закон логнормального распределения при коэффициенте корреляции Rxy=0.8990 так как в этом случае мы имеем хорошее согласование теоретической линии с эмпирическим распределением. Вывод: после 3,5 часов работы машины плазменной резки Кристалл необходима замена сопла по причине выработки его ресурса; после 5,8 часов работы машины следует осуществить замену электрода по причине выработки его ресурса. Дальнейшая эксплуатация расходных элементов приводит к нарушению геометрических параметров вырезаемых деталей (рис.6, 7).
, %
,час
Рис. 6. Время стойкости сопла в течение
эксплуатационного периода, , час.
, %
,час
Рис. 7. - Время стойкости электрода в течение
эксплуатационного периода, , час
Номинальный, допустимый и предельный диагностические параметры характеризуют поля работоспособности машины, которые разделены на три зоны: зона уверенной эксплуатации, ограниченная номинальной и допустимой величиной диагностического параметра; зона неуверенной эксплуатации, требующая восстановления номинальной величины в удобное время и ограниченная допустимой и предельной величиной диагностического параметра; зона недопустимой эксплуатации, требующая прекращения эксплуатации для незамедлительного ремонта (замены, регулировки) и находящаяся выше предельной величины диагностического параметра. Задача заключалась в обосновании диагностических параметров, которые характеризуют износ сопла, электрода и подлежат мониторингу во время эксплуатации; выборе или разработке средств и методов измерений этих параметров; обосновании периодичности и технологии таких измерений; разработке методики и программы прогнозирования остаточного ресурса по мере выполнения измерений. Предлагаемая методика позволяет установить временные рамки работы расходных элементов машины плазменной резки Кристалл с гарантией вырезки деталей с заданными геометрическими параметрами, способствует снижению трудоемкости в процессе изготовления полотнищ корпуса судна. При обычной организации технологического обслуживания и ремонтов допустимое состояние износов расходных элементов (сопл и электродов) можно обнаружить лишь путем дефектации деталей в момент остановки машины. Целью реализации любого технологического процесса, включая и плазменную резку, является получение изделия требуемого качества при заданной производительности и максимальной экономичности. Следовательно, в процессе плазменной резки существует реальная возможность увеличения количества деталей, пригодных к дальнейшей сборке без нарушения ее технологических процессов. На основании материалов, приведенных во второй главе, доказано, что повышение качества корпусных конструкций судна возможно при условии управления технологическими процессами.
Третья глава диссертационной работы посвящена вопросам управления технологическими процессами сварки. Для оценки точности выполнения технологических операций необходимо осуществлять непрерывный контроль за выполнением этих операций, анализировать результаты контроля и при отклонениях в работе от стандартных уровней осуществлять управление технологическими процессами. Управление каждой операцией производилось с применением обратных связей контроль - технология (рис.8).
Для обеспечения учета, сбора и статистической обработки результатов контроля создана оперативная информационная система, учитывающая особенности условий, способов сварки и контроля в любом отрезке времени, которая использует принцип базовой партии стыков. Обработка информации разделена на два этапа: первый, при контроле непосредственно на объекте для принятия конкретного решения по состоянию того или иного процесса (локально-объектная обработка) и второй этап, обработка суммы однотипных объектов по накопленной информации за определенный период.
Цель обработки информации: в первом случае выявление и устранение причин образования технологических дефектности, зависящих от состояния и условий непосредственно на объекте; во втором случае изучение положительных и отрицательных факторов, выявление и установление закономерностей, которым они подчиняются на различных уровнях.
X1 (t) X2 (t) Xn (t)
Обратная связь (ОС) (ОС) (ОС)
Рис. 8. Схема контроля операций с оперативной обратной связью
технология - контроль - технология; X1 , X2, Е, Xn - факторы влияния
Конечный результат обработки - получение корректирующих команд для обеспечения бездефектного выполнения технологических процессов резки, сборки и сварки и опережающее по времени предупреждение отрицательных факторов, порождающих технологические дефекты. С целью установления однородных и постоянных по производственным признакам совокупностей выявлены и изучены основные элементы сборочно-сварочного производства (табл. 2).
Таблица 2
Элементы сборочно-сварочного производства и их подгруппы
Элементы производства | Подгруппы элементов |
Тип подразделения | Сборочно-сварочный цех |
Организация работы | Сварочный участок, комплексная бригада |
Место работы | Сварочный участок, цех |
Толщина свариваемого металла | От 8 до 30 мм |
Материал проката | Сталь 09Г2 |
Способы сварки | Ручная, полуавтоматическая |
Условия сварки | В различных пространственных положениях |
Сварочные материалы | УОНИ-13/45, Св08Г2С |
Положение при сварке | Поворотное, неповоротное |
Квалификация сварщиков | 4, 5, 6 разряды |
Способы контроля | Радиографический, ультразвуковой |
Квалификация контролера | 3, 4 разряды |
При формировании генеральной совокупности сварных соединений за основу принята группировка по элементам производства. Важнейшим вопросом теории группировки является выбор группировочных признаков (ГП), в качестве которых приняты толщина свариваемого металла, способ сварки и контроля, условия сварки. К статистически однородным группам (базовым партиям стыков) отнесены стыки, имеющие сходные конструктивные, технологические и эксплуатационные признаки. За единицу совокупности принят сварной стык или элемент стыков. Однородная генеральная совокупность сварных соединений, выполненная в определенных условиях, названа базовой партией стыков (БПС) или базовой совокупностью стыков (БС). Для формирования однородной статистической совокупности составлен алгоритм:
ЭП1 + ЭП2 + Е+ ЭПn
СП Ni БПС , (2)
ГП1 + ГП2 + Е + ГПn
где СП - сборочно-сварочное производство; ЭП1, ЭП2 - элементы сборочно-сварочного производства; ГП - группировочные признаки ЭП: ГП1 - 1.1, 1.2, 1.3 Е и т. д.; ГП2 - группировочные признаки ЭП: ГП2 -2.1, 2.2, 2.3 и т. д.; Ni БПС Ц i Ц базовая партия стыков.
Каждый производственный фактор разделен по группировочным признакам. Проведен анализ дефектности по каждой базовой партии стыков (табл.3).
Таблица 3
Установление базовых партий стыков по элементам производства
БПС | Организация | Материалы | Конструкции | Условия | Технология | Контроль |
Комплексная бригада | 09Г2С УОНИ- 13/45 | Стыки S = 8-30 мм | Объект-площадка | Ручная дуговая сварка, сварщики 4-6 разрядов | визуально-измерительный, рентгено графический, ультра звуковой | |
Цех, участок сварки | Ст3 Св-08Г2С | Стыки S = 8-30 мм | Цех, сварочный пост | Полуавтоматическая сварка в СО2, сварщики 4-6 разрядов | ВИК, рентгено графический, ультра звуковой |
i - я базовая партия стыков (БПСi)
Рекомендуемая методика анализа: анализ дефектов по виду и характеру; анализ дефектов БПС (базовой партии стыков) по структурной формуле дефектности; анализ динамики дефектности по годовому циклу контроля. Все факторы влияния условно разделены на три группы: производственные, организационные, сопутствующие. Каждый фактор характеризуется только ему присущими факторными параметрами (ФП). Факторные параметры, удовлетворяющие требованиям государственных стандартов, технических условий и норм и обеспечивающие выполнение операций сварочных работ с минимальной дефектностью, положительны. Параметры, не удовлетворяющие этим требованиям, отрицательны (ОФП). Увеличение дефектности указывает на действия определенных неблагоприятных - отрицательных факторов и их причин в конкретной обстановке.
Фактор качества технологической подготовки производства сварных изделий Фтп определяется конструкторской документацией (Пкд), технологической документацией (Птд), техническим контролем (Птк), оборудованием, приспособлениями и инструментами (Поп), опытом сборщиков, сварщиков, инженерно-технических работников (Пос), свойствами основного металла, сварочной проволоки, флюса, электродов, защитного газа и т. п. (Пом):
Фтп=Пкд+Птд+Птк+Поп + Пос + Пом (3)
Фактор качества изготовления и подготовки свариваемых деталей к сборке Фип зависит от обработки кромок соединяемых деталей под сварку (Пок), чистоты кромок свариваемых деталей (Пчк), мер по защите от коррозии свариваемых деталей в зоне сварки (Пзк), технического контроля (Птк):
Фип = Пок + Пчк + Пзк + Птк (4)
Фактор качества сборки сварных соединений и конструкций (Фсб) определяется формой разделки кромок и зазора вдоль сварных швов (Пфр), квалификацией сборщиков (Пкс), наличием приспособлений и прихваток, обеспечивающих требуемую точность взаимного расположения сварных деталей (Пп), уровнем технического контроля сборочных работ (Псб):
Фсб = Пфр + Пкс + Пп + Псб (5)
Фактор качества сварных соединений и конструкций Фсв зависит от квалификации сварщика (Псв), состояния сварочного оборудования, приспособлений, приборов и инструмента (Поп), режима сварки (Прс), тщательности зачистки сварных швов от шлака, наплывов, брызг металла и исправления дефектов (Пзш), расположения сварных швов в пространстве (Прш), уровня технического контроля сварных швов (Пкш). На основе данных анализа брака и причин его возникновения определены наиболее часто встречающиеся дефекты. Первоначальный учет и анализ проведен с помощью факторных таблиц, представляющей собой простейшую схему - алгоритм, связывающий три явления: фактор - причина - дефект (Ф-П-Д) (рис.9).
После накопления информации переходим к следующему этапу - определению количественной связи причина - дефект (рис.10).
Методика учета и первичного анализа информации о факторах влияния включает следующие задачи: выявление и учет действующих факторов на объекте; определение отрицательных факторов влияния и причин; систематизация причин; определение частоты доминирующих причин; установление частоты брака по контролируемым соединениям в зависимости от той или иной причины.
Рис. 9. Анализ связей причина - дефект
(причинно-следственная связь)
Рис.10. Причины пропуска дефектных изделий в процессе контроля
В результате при учете и анализе действующих причин установлены качественные и количественные связи причин с образуемой ими дефектностью. Количество дефектов и структура дефектности являются окончательной оценкой - мерой опасности действующей причины или причин, поэтому звено цепочки причина - дефект выражено количеством, размерами и типом дефектов по каждой действующей причине. При выполнении регулирования технологического процесса сварки становится очевидным, когда и при каких значениях технологический процесс налаженный, а при каких наступает разладка; какие меры принимать при сигнале о разладке процесса или предупреждающем сигнале.
В четвертой главе приведены рекомендации по повышению качества сварных корпусных конструкций путем управления технологическими процессами. Методика регулирования процесса плазменной резки внедрена в ОАО Мончегорский механический завод, ООО Севзапстальконструкция УК. При внедрении выделены три характерных периода: начальный период, когда объем брака был достаточно высокий, средний период - неустойчивого равновесия уровня качества и конечный период - стабилизация качества и его постоянное повышение. Внедрение осуществлялось в следующей последовательности: предварительно исследовалось состояние технологического процесса резания; по полученным данным строились контрольные карты; проводилось опытное регулирование технологического процесса плазменной резки. В результате: повысилась эффективность работы машины плазменной резки Кристалл, появилась возможность управления процессами плазменной резки. Достоверность исследований подтверждена актами внедрения. По результатам выполненной работы получены положительные отзывы главных специалистов данных предприятий. Разработана методика управления качеством сварочных работ (рис.11).
Рис.11. Схема управления технологическими процессами
Методика позволяет управлять процессами сборки и сварки по комплексному критерию качества, учитывая как геометрические характеристики формируемого шва, так и заданные показатели свариваемости, выдержать которые важно для обеспечения хороших эксплуатационных свойств будущих корпусных конструкций. Методика управления качеством сварочных работ включает основные блоки: учет, обработка и формирование информации; измерение качества и анализ дефектности; учет и анализ состояния технологических процессов; учет и анализ причин дефектности; планирование качества и его стимулирование; процедуры управления качеством. Вместо традиционной организации технического контроля введена системная организация технического контроля в соответствии с направлениями совершенствования метрологического менеджмента предприятия. В качестве связующего элемента системы метрологического обеспечения предприятия использован процесс технического контроля. Научной основой современного технического контроля стали математико-статистические методы. Одновременно предприятиям предложено внедрять ТРМ (Total Productive Maintenance, лобслуживание оборудования, позволяющее обеспечить его наивысшую эффективность на протяжении всего жизненного цикла с участием всего персонала). При внедрении централизованной системы контроля качества экономический эффект обеспечивается за счет повышения производительности, снижения трудоемкости изготовления корпусных конструкций, повышения коэффициента использования оборудования (машины плазменной резки Кристалл), достижения оптимального уровня качества.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты, полученные в диссертационной работе, позволили выявить особенности технологических процессов плазменной резки, сборки и сварки, оценить вероятные виды технологических дефектов и качество изготовления корпусных конструкций.
В результате выполненной работы получены следующие научные и практические результаты:
1. Проанализировано состояние технологических процессов резки, сборки и сварки, применяемых при изготовлении корпусных конструкций и показано несоответствие уровня их качества современным требованиям; указано на применение большого количества ручных пригоночных работ.
2. Собран значительный статистический материал по величинам технологических отклонений, возникающих в процессе изготовления корпусных конструкций в условиях корпусообрабатывающего производства; выполнен анализ причин их появления; определена закономерность дефектообразования при сборке, резке и сварке.
3. Исследованы показатели надежности расходных материалов плазмотрона машины плазменной резки Кристалл и установлена прямая связь износа сопл и электродов с нарушениями точности геометрических параметров реза.
4. Установлены временные границы износа расходных элементов плазмотрона до предельного состояния, обеспечивающего гарантию вырезки комплектующих деталей с заданной геометрической точностью.
5. Выполнены мероприятия по регулированию технологического процесса плазменной резки, позволяющие повысить коэффициент использования машины плазменной резки Кристалл, уменьшить объем или полностью отказаться от пригоночных работ, снизить трудоемкость и стоимость изготовления вырезаемых деталей.
6. Критический анализ причин возникновения дефектов сварного шва позволил предложить рекомендации по снижению коррозионного износа в районе шва.
7. На основании статистического анализа, результата замеров технологических дефектов в условиях корпусообрабатывающего производства методики управления технологическими процессами резки и сварки при изготовлении корпусных конструкций повышенного качества.
8. Управление технологическими процессами изготовления корпусных конструкций позволяет уменьшить сроки и трудоемкость изготовления, повысить точность, надежность и качество полученных изделий, а, следовательно, обеспечить снижением металлоемкости и количества расходуемых материалов, стоимость изготовления корпуса и повышение конкурентоспособности строящихся судов.
9. Основные результаты выполненных исследований внедрены в четырех промышленных предприятиях, что подтверждается актами внедрения.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ
По теме диссертации опубликованы следующие работы:
а) в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях:
1. Баева Л. С., Пашеева Т. Ю. Об усложнении сварочных технологий и необходимости качественного управления их эффективностью // Вестник МГТУ. - Мурманск, 2009. - Т. 12, № 1. - С.46-51. (автор - 50%).
2. Пашеева Т. Ю. О точности заготовки и ее влиянии на качество изготовления металлоконструкции // Заготовительные производства в машиностроении. - 2009. - № 10. - С. 51-55. (автор - 100%).
3. Баева Л. С., Пашеева Т. Ю. Модернизация производства как решающий фактор повышения конкурентоспособности продукции // Вестник МГТУ. - Мурманск, 2010. - Т. 13. - № 1. - С. 46Ц50. (автор - 50%).
4. Пашеева Т. Ю. Точность и стабильность технологических процессов - путь эффективного воздействия на качество изготовления сборочно-сварочных металлоконструкций // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2011. - № 3. - С. 29-34. (автор - 100%).
б) прочие публикации:
5. Баева Л. С., Пашеева Т. Ю. Внедрение методик статистического управления процессами и анализа измерительных систем на предприятиях в целях повышения качества продукции // Сборник трудов Ежегодной Всероссийской научной конференции учащихся, студентов и молодых ученых Научное творчество XXI века, февр. 2009 г. : [в 2 т. / редкол. Максимов Я. А. и др.]. - Красноярск : Науч.-информ. изд. центр, 2009. - Т. 1. - С. 56-60. (автор - 50%).
6. Баева Л. С., Пашеева Т. Ю. Диагностика состояния сварных корпусных металлоконструкций как определяющий фактор продления срока их эксплуатации // Наука и образование - 2009 [Электронный ресурс] : междунар. науч.-техн. конф., 1-9 апр. 2009 г. / Федер. агентство по рыболовству, Мурман. гос. техн. ун-т. - Электрон. текстовые дан. (1 файл : 5310 Кб). - Мурманск : Изд-во МГТУ, 2009. - C. 1107. - Режим доступа: - Загл. с экрана. НТ - Информрегистр 0320900170; рег. Св-во № 15533 от 25.05.2009. (автор - 50%).
7. Баева Л. С., Пашеева Т. Ю. О необходимости совершенствования контроля качества сварки // Наука и образование - 2009 [Электронный ресурс] : междунар. науч.-техн. конф., 1-9 апр. 2009 г. / Федер. агентство по рыболовству, Мурман. гос. техн. ун-т. - Электрон. текстовые дан. (1 файл : 5310 Кб). - Мурманск : Изд-во МГТУ, 2009. - C. 11-13. - Режим доступа: - Загл. с экрана. НТ - Информрегистр 0320900170; рег.Св-во № 15533 от25.05.2009. (автор - 60%).
8. Баева Л. С., Пашеева Т. Ю. Точность заготовки как реальное решение проблем повышения качества сварной металлоконструкции // Научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и курсантов, 2008 г. : тезисы докладов / Гос. морская акад. им. адм. С. О. Макарова. - Санкт-Петербург : Ид-во ГМА им. адм. С. О. Макарова, 2008. - С. 339-350. (автор - 50%).
9. Пашеева Т. Ю. Качество, как средство, эффективно влияющее на деятельность предприятия // 3-я международная научно-практическая конференция Наука и устойчивое развитие общества. Наследие В. И. Вернадского, 25-26 сент. 2008 г. / М-во образования и науки Рос. Федерации, Адм. Тамбовской обл., Тамбовский гос. техн. ун-т[и др.]. - Тамбов : Изд-во ТАМБОВПРИНТ, 2008. - С. 319-322. (автор - 100%).
10. Пашеева Т. Ю. Качество изготовления заготовок при термической резке листовых конструкций в зависимости от надежности машин термической резки [Электронный ресурс] // Девятая сессия международной научной школы Фундаментальные и прикладные проблемы надежности и диагностики машин и механизмов, 26 - 30 окт. 2009 г. : посвященная памяти В. П. Булатова : VPB - 09 / Рос. Акад. наук, М-во образования науки Рос. Федерации, Науч. совет РАН по проблемам машиноведения и технол. процессов, Ин-т пробл. машиноведения РАН, Санкт-Петерб. гос. ун-т информ. технологий, механики и оптики - Электрон. тект. дан. - СПб. : ИПМАШ РАН, 2009. - 1 электрон. опт. диск (CD ROM). - Загл. с этикетки диска. (автор - 100%).
11. Пашеева Т. Ю. Об оценке уровня надежности сварных соединений корпусных конструкций и влиянии технологии сварки на коррозионную стойкость // Наука и образование - 2010 [Электронный ресурс] : юбилейная междунар. науч.-техн. конф., посвященная 60-летию МГТУ, 5-9 апр. 2010 г. / Федер. агентство по рыболовству, Мурман. гос. техн. ун-т, Мурман. мор. биолог. ин-т КН - РАН, Полярный геофиз. ин-т КН - РАН, Геолог. ин-т КН - РАН. - Электрон. текстовые дан. (1 файл : 139 Мб). - Мурманск : Изд-во МГТУ, 2010. - Режим доступа: - Загл. с экрана. НТ - Информрегистр 0321000362; рег. Св-во №18725 от 12.08.2010. (автор - 100%).
12. Пашеева Т. Ю. Проблемы гармонизации подготовки специалистов // Материалы XV международной конференции Современное образование: содержание, технологии, качество, 22 апр. 2009 г. / Санкт-Петерб. гос. электротехн. ун-т. - СПб., 2009. - Т. 2. - С. 318-321. (автор - 100%).
13. Пашеева Т. Ю., Баева Л. С. О сварочных технологиях и необходимости качественного управления их эффективностью // Доклады всероссийской научно-технической конференции, 2009 г. / Тульский гос. ун-т. - Тула : Изд-во ТуГу, 2009. - С. 89-94. (автор - 50%).
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям