Тема 5. Контроль технологического процесса сварки (пайки)

Контроль основных и сварочных (вспомогательных) материалов

 

Контроль основных и сварочных (вспомогательных при пайке) материалов(входной контроль) выполняют перед допуском материалов в производство. При этом решаются следующие задачи:

1. Установление соответствия химического состава, структуры, геометрических размеров, состояния поверхности и свойств материала требованиям НТД.

2. Назначение соответствующей обработки материала, необходимой для улучшения его структуры и свойств и корректировка технологии изготовления изделий с целью предотвращения выполнения технологических операций, связанных с обработкой материалов, имеющих дефекты.

Входной контроль включает следующие этапы:

1. Проверка наличия сопроводительных документов (накладная, сертификат).

2. Проверка сохранности упаковки и наличие на ней этикеток.

3. Внешний осмотр и выявление поверхностных дефектов.

4. Для ответственных конструкций проведение пробной сварки (пайки) и испытание материала и соединений.

5. Сортировка и маркировка принятого материала.

По результатам контроля составляется приемочный акт, если материалы соответствуют НТД или рекламационный акт (претензия к заводу изготовителю), если материал не соответствует НТД.

Основной (паяемый) материал поступает в виде листа, прутка, профиля, штамповки. В начале проверяют сертификат, в котором указываются марка, химический состав, номер стандарта, вид полуфабриката, свойства. После контроля сертификата основной материал подвергают внешнему осмотру с целью выявления трещин, расслоений, коррозии, вмятин, рисок и др. дефектов, связанных с отливкой слитка и его последующей обработкой давлением. Грубые дефекты выявляются визуально и мелкие – методами неразрушающего контроля. Проверяемый материал подвергают пробной сварке (пайке), которая проводится на образцах свидетелях с обеспечением их геометрического и технологического подобия реальным изделиям. Затем сварные (паяные) соединения подвергают механическим испытаниям, химическому, спектральному, металлографическому анализу и т.д.

Основной материал хранят в закрытых помещениях на стеллажах или в штабелях.

Сварочные электроды выпускают партиями, упакованными в пачки. Партия имеет сертификат. На упаковке имеется этикетка. После контроля сертификата и этикетки контролируют поверхность электрода на наличие трещин, сколов покрытия, пор и др., причем на каждый из дефектов есть нормы бракования. Электрод проверяют на прочность путем изгиба или падения с определенной высоты на пол. Проверяют покрытие на влагостойкость (после пребывания в воде), контролируют разнотолщинность покрытия по длине электрода.

При пробной сварке оценивают легкость зажигания дуги, стабильность её горения, равномерность плавления покрытия, отделимость шлака и т.д. После сварки соединения разрушают и осматривают изломы, проводят химический и металлографический анализ.

Проконтролированные электроды хранят в герметичных контейнерах или пеналах, так как нельзя оставлять электроды на открытом воздухе. При длительном хранении электродов контролируют параметры режима просушки.

Сварочную проволоку поставляют в бухтах или катушках, снабженных металлическими бирками. После контроля сертификата и бирки проволока поступает на очистку (механическую или химическую). После очистки проволока наматывается на кассеты. При намотке осуществляется контроль за состоянием поверхности проволоки. После выполнения пробной сварки осуществляют испытания и исследования сварных соединений. Проконтролированную проволоку хранят в герметичной упаковке. Время хранения контролируется.

Аналогично сварочной проволоке контролируют припой, который относится к вспомогательным материалам, используемым при пайке.

Сварочный флюс упаковывают в герметичные мешки, имеющие этикетки. После контроля сертификата и этикеток флюс контролируют на размер зерна путем просеивания через сито с ячейками, соответствующему верхнему и нижнему приделам размера зерна. Это называется гранулометрическим анализом. Далее флюс проверяют на содержание влаги путем просушивания и взвешивания. Флюс проверяют внешним осмотром на наличие инородных частиц.

После выполнения пробной сварки контролируют отделимость шлаковой корки, а при необходимости и механические свойства и химический состав наплавленного металла. После контроля флюс хранится в герметичных емкостях и периодически подвергается просушиванию.

Контроль флюса для пайки осуществляют аналогичным образом.

Защитный газ поставляют в баллонах, снабженных этикетками. После проверки этикетки на наличие примесей, газ контролируют на наличие влаги путем подачи струи на фильтровальную бумагу. При наличии влаги газ пропускают через осушитель, заполненный силикагелем. Для осушки аргона используется нагретая титановая стружка. При изготовлении особо ответственных конструкций защитный газ контролируют на химический состав.

Тема 5. Контроль технологического процесса сварки (пайки)

Контроль технологического процесса - это система операционного технического контроля, который включает контроль подготовки поверхности, сборки, процесса сварки (пайки) и при необходимости подварки (подпайки) полученных соединений.

Контроль подготовки поверхности перед сваркой включает осмотр лицевой и обратной поверхностей, которые должны быть зачищены до металлического блеска от загрязнений, смазки, ржавчины, окалины на ширину до 20-30 мм от стыка. Обработку производят как механическими, так и химическими способами. В ответственных конструкциях контроль подготовки осуществляют с белых бязевых салфеток. Особый контроль уделяют торцевым кромкам. Время хранения подготовленных к сварке деталей контролируется.

Перед контактной сваркой контроль качества подготовки поверхности осуществляют путем измерения электрического контактного сопротивления свариваемых деталей.

Контроль подготовки поверхности деталей перед пайкой аналогичен.

Контроль торцевых кромок толстостенных сварных конструкций включает проверку формы и геометрических параметров разделки (угол скоса и величина притупления кромки), которые называются конструктивными элементами свариваемых кромок. Размерный контроль осуществляют с помощью измерительных инструментов и шаблонов сварщика.

Контроль сборки включает операций контроля разметки и установки свариваемых (паяемых) деталей в соответствующее положение. Например, при сварке (пайке) нахлесточных соединений контролируют ширину нахлестки. При дуговой сварке стыковых соединений контролируют разметку начала и конца шва с целью последующей отрезки входных и выходных участков. При сборке стыковых сварных (паяных) соединений контролируют сборочные зазоры и смещения кромок.

При сборке высокоответственных стыковых соединений контролируют точность установки технологических планок, с которых начинается и заканчивается сварка. При сборке деталей типа «тела вращения» контролируют их соосность. При сборке тавровых соединений контролируют перпендикулярность свариваемых (паяемых) деталей.

Во всех случаях контроль сборки осуществляют в соответствии с чертежом изделия и выполняют с помощью шаблонов сварщика или измерительных инструментов.

Непосредственно перед автоматической дуговой сваркой проверяют правильность совмещения стыка свариваемых деталей с осью сварочной горелки.

При необходимости сборка перед сваркой заканчивается прихваткой, выполняемой отдельными точками или короткими швами. Контроль прихваток включает контроль длины прихваточных швов или диаметр прихваточных точек, их количества, шаг между ними, состояние поверхности прихваток и последовательность их постановки. Для отработки параметров режима прихватки её выполняют на технологических образцах с контролем геометрических размеров по шлифам прихваточных точек.

Контроль процесса сварки включает визуальное наблюдение за процессом плавления металла и формирования шва. Контроль параметров режима выполняют по показаниям контрольно-измерительных приборов. При сварке ответственных конструкций ведут непрерывную запись параметров. При двусторонней или многопроходной сварке обязателен контроль первого или корневого шва. Контролируют порядок наложения швов, количество проходов и слоев. Контролируют состояние поверхности каждого слоя после зачистки, время перерывов между проходами, последовательность выполнения швов.

Контроль процесса пайки предусматривает контроль температуры и времени пайки.

При обнаружении в швах недопустимых дефектов производят их механическую доработку и подварку (подпайку). Например, выполняют слесарную операцию по зачистке сварных швов от избыточных проплавов и околошовной зоны от поверхностного окисления.

Контроль подварки включает контроль правильности разметки дефектного участка. После разметки контролируют форму и геометрические размеры разделки (выборки) дефектного участка шва, выполненной механическим способом. Контролируют поверхность разделки, особенно на наличие острых углов, последовательность наплавки слоев, количество подварочных участков, их суммарную длину.

При обнаружении дефектов в паяных швах производят их подпайку, используя дополнительно припой. После подпайки производят внешний осмотр галтели.

Контроль сварных (паяных) соединений является частью приемочного контроля сварных (паяных) изделий, по результатам которых принимается решение о соответствии (несоответствии) сварных швов требованиям НТД. Контроль предусматривает визуальный контроль (внешний осмотр), размерный контроль и испытания.

Внешнему осмотру подвергают сварной шов и околошовную зону на наличие поверхностных дефектов – трещин, корневых непроваров, прожогов, наплывов, свищей, кратеров. При контроле используются оптические приборы (лупы, микроскопы). При контроле недоступных для внешнего осмотра соединений используют перископические (жесткие оптические системы) и эндоскопические приборы (гибкие оптические системы).

Размерный контроль сварных соединений позволяет определять геометрические размеры конструктивных элементов сварных швов. К ним относятся: ширина шва, высота усиления, высота проплавления и др. Контролируется постоянство этих параметров по длине шва. В НТД указывают нормы допустимости дефектов. При отсутствии количественных требований контроль производят по эталонным или контрольным образцам.

Внешний осмотр и размерный контроль паяных соединений предполагает осмотр галтелей (проверяют наличие и форму галтелей).

Испытания являются особым видом контроля, так как по их результатам оценивается качество продукции и возможность её использования по назначению. Испытания разделяются на неразрушающие и разрушающие.

Разрушающие испытания проводят на реальных изделиях или образцах. Изделия подвергают пневматическим и гидравлическим испытаниям, а также испытаниям пробной механической нагрузкой в реальных условиях испытаний. На образцах проводят механические испытания с фрактографическим анализом, металлографические исследования, химический и спектральный анализы.

По результатам испытаний оформляется протокол и принимается решение о соответствии (несоответствии) установленным требованиям. Однако разрушающие методы контроля дают возможность получить ограниченное число контролируемых параметров и для определения других характеристик требуются новые образцы.

Методы разрушающего контроля следует рассматривать как эталонные методы для оценки достоверности неразрушающих методов контроля. Для ответственных конструкций надежные результаты могут быть получены при сплошном контроле неразрушающими методами.

При положительных результатах испытания годные изделия маркируют, консервируют в упаковку или тару и проверяют наличие и комплектность сопроводительной документации, к которой относят паспорт на изделие. В нем дается заключение о пригодности изделия к эксплуатации.

Неразрушающие испытания часто называют физическими методами контроля. Они позволяют выявить дефекты недоступные визуальному контролю. Эти испытания косвенным образом характеризуют качество соединений, в отличие от разрушающих испытаний, позволяющих оценить прямым путем показатели качества и надежности сварных (паяных) соединений.

Физические методы неразрушающего контроля основаны на различных физических явлениях, имеющих место при взаимодействии физических полей или проникающих веществ с контролируемым объектом. Эти методы контроля имеют следующие особенности:

1. При их использовании сохраняется пригодность сварных (паяных) изделий к эксплуатации.

2. Имеется возможность многократного повторения контрольных операций на одном и том же объекте.

3. В большинстве случаев имеется возможность получать документы по результатам контроля.

4. Контрольные операции можно осуществить в процессе выполнения или после завершения отдельных операций технологического процесса.

5. Некоторые методы контроля легко механизируются и автоматизируются.

6. Методики контроля в основном просты, а технические средства контроля доступны.

Основные задачи неразрушающего контроля сварных (паяных) соединений сводятся к следующим:

1. Дефектоскопия. Она предусматривает выявление дефектов – несплошностей (внутренних, поверхностных и сквозных).

2. Толщинометрия. Она предусматривает контроль геометрических размеров и, в частности, толщины объекта.

3. Интроскопия. Она предусматривает контроль внутреннего строения сложных объемных конструкций.

Технические средства неразрушающего контроля разделяют на основные и вспомогательные. К основным средствам относят индикаторные устройства, под которыми понимают преобразователи, измерительные приборы или вещества, предназначенные для регистрации первичных информативных параметров в форме, удобной для восприятия оператором (видимое изображение, электрический сигнал). К приборным средствам неразрушающего контроля относят дефектоскопы, толщиномеры, интроскопы и течеискатели.

К вспомогательным средствам неразрушающего контроля относят эталонные образцы с моделями дефектов и стандартные образцы на материалы для настройки и поверки контрольной аппаратуры, дефектоскопические материалы (рентгеновская пленка, магнитный порошок и др.) и необходимые приспособления.

Контрольную аппаратуру по степени механизации и автоматизации разделяют на 3 группы:

1. Приборы для ручного контроля. Оператор вручную перемещает индикаторное устройство, воспроизводит и обрабатывает информацию, принимает решение о соответствии и несоответствии результатов контроля установленным требованиям.

2. Механизированные устройства. Контроль, приём и обработку информации осуществляют автоматические устройства, а решение принимает оператор (контролер).

3. Автоматизированные установки. Все операции осуществляются в автоматическом режиме с документированием результатов контроля.

Приборы неразрушающего контроля должны быть аттестованы, зарегистрированы в Государственном реестре средств измерений и иметь сертификаты соответствия Госстандарта. Незарегистрированные приборы должны получить разрешение на применение в государственных и отраслевых органах надзора.

 

Тема 7. Статистические методы контроля и управления качеством сварных (паяных) соединений

Под управлением качеством понимают совокупность методов и видов деятельности оперативного характера, обеспечивающих поддержание необходимого уровня качества сварных соединений путем систематического контроля и статистического анализа результатов контроля и целенаправленного воздействия на условия и факторы, влияющие на качество сварных соединений.

Рассмотрим систему управления качеством на примере сварочного производства.

К основным факторам, влияющим на качество сварных соединений, относятся основной и сварочные материалы, технологические процессы подготовки, сборки сварки и при необходимости последующей подварки, технологическое оборудование, производственный персонал, параметры окружающей среды.

Функция управления качеством является активной предупредительной функцией контроля. При этом предусматривается своевременное выявление и устранение причин возникновения отклонений контролируемых параметров от установленных допусков путём разработки и внедрения корректирующих (управляющих) мероприятий с целью обеспечения стабильности технологического процесса и уровня качества продукции.

Активная функция контроля обеспечивается внедрением статистических методов. В математической статистике результаты оценки показателей качества рассматриваются как случайные величины. При этом все измерения, как правило, проводятся с некоторым ограниченным числом объектов контроля. Основным методом изучения характеристик контролируемых параметров является выборочный метод. Он заключается в том, что из некоторой совокупности объектов контроля составляется выборка, объем которой оговаривается в технической документации. Большую выборку (100-300 объектов) используют, например, при анализе дефектности сварных соединений, а малую выборку (3-10 объектов) при анализе результатов, например, механических испытаний сварных соединений. По результатам обработки выборки вычисляют её статистические характеристики. К ним относятся среднеарифметическое, среднеквадратичное отклонение, размах (разность между максимальным и минимальным значениями контролируемого параметра) и др.

В качестве статистических показателей качества сварных соединений используют альтернативные и количественные характеристики. К альтернативным характеристикам относят уровень брака Б или дефектных элементов Р единицы продукции (стыков или контролируемых участков сварных соединений определенной длины): %, где - объем бракованных элементов; - объем всей выборки и %, где - объем дефектных элементов.

К количественным (измеряемым) характеристикам относят среднюю протяженность дефектов l_д и среднее число недопустимых дефектов Д_д:, где - сумма размеров всех дефектов в сварном соединении и, где - суммарное количество недопустимых дефектов.

Количественные показатели дают наибольший объем информации по дефектности сварных соединений, позволяют выявить динамику изменения дефектности, а так же оценить влияние на дефектность различных факторов и конкретных условий производства. Изменение дефектности по уровню, видам, размеру и количеству свидетельствует о колебаниях технологических процессов и нарушении их стабильности.

При управлении качеством сварных соединений используют следующие статистические методы контроля и анализа: статистический приемочный контроль сварных соединений; статистический анализ качества сварных соединений и стабильности технологического процесса; статическое регулирование технологических процессов.

Статистические методы позволяют определить уровень качества, проанализировать факторы, влияющие на него, выявить причины дефектности и брака, проследить тенденции его изменения и выработать меры обоснованного воздействия на ход технологического процесса, чтобы обеспечить выпуск бездефектных сварных изделий.

Статистический приемочный контроль заключается в том, что по ограниченному объему сварных соединений оценивают качество партии сварных изделий (стыков). При этом принимают решение о соответствии (приемке) или несоответствии (отклонении) всей партии изделий. В случае несоответствия может быть принято решение о продолжении контроля, но другой выборки того же или увеличенного объема, или контроле каждого изделия всей партии.

В системе управления качеством область применения статистического приемочного контроля может быть расширена от выходного контроля сварных соединений до входного контроля основных и сварочных материалов и операционного контроля технологического процесса. Статистический приёмочный контроль осуществляют по альтернативным или количественным показателям. Контроль по альтернативным показателям прост, не требует большого числа записей и вычислений, позволяет определить уровень дефектности в партии и разделить сварные соединения на годные и дефектные. Для приёмки сварных соединений устанавливают максимально допустимый уровень дефектности. Однако анализ причин дефектности по альтернативным показателям затруднителен. Для определения причин дефектности используют контроль по количественным показателям, так как они представляют больше информации по качеству.

Результаты статистического приемочного контроля используют при статистическом анализе качества сварных соединений. Задачами статистического анализа качества сварных соединений являются:

1. Получение статистики дефектности по типам, видам, размерам и количеству дефектов и установление закономерностей их образования в реальных условиях производства. Результат анализа представляют в виде диаграммы распределения дефектов по определяемым характеристикам.

2. Исследование реальных условия и различных факторов, влияющих на качество сварных соединений и определение связи (корреляции) дефектов с вызвавшими их причинами. Результаты анализа представляют в виде графиков и диаграмм. Анализ диаграмм влияния основных причин на дефектность сварных соединений позволяет распределить приоритеты планируемых мероприятий по их устранению.

Качество сварных соединений зависит и от стабильности технологических процессов. Под стабильностью понимают способность технологического процесса поддерживать контролируемые параметры сварных соединений в заданных пределах. В этом случае говорят, что технологический процесс является стабильным (налаженным). Если контролируемые параметры сварных соединений выходят за установленные значения, то процесс переходит в нестабильное (разлаженное) состояние, что указывает на наличие систематических и случайных погрешностей и на необходимость принятия мер для обнаружения и устранения причин, которые их вызывают.

Систематические погрешности разделяют на постоянные и переменные. Постоянные погрешности вызваны неправильной настройкой оборудования и погрешностью средств измерений. Переменные погрешности закономерно изменяются во времени (как правило, возрастают) и обусловлены, например, износом оборудования и средств измерений. Когда систематические погрешности отсутствуют, фактические значения контролируемых параметров сварных соединений изменяются случайным образом. Возникающие при этом случайные погрешности могут быть вызваны колебанием толщины, химического состава и параметров режима. Если систематические погрешности приводят к отклонению значения среднего арифметического контролируемого параметра, то случайные погрешности увеличивают разброс значений контролируемых параметров. При стабильном технологическом процессе контролируемые параметры сварных соединений должны оставаться неизменными во времени, т.е. находиться в заданных пределах.

Оценку состояния технологического процесса (стабильное или нестабильное) выполняют с помощью контрольных карт. Контрольные карты - это разновидность графика, отличающегося наличием линий, называемых контрольными границами или границами регулирования. Эти границы обозначают ширину разброса контролируемого параметра. Если все точки графика находятся в области, ограниченной контрольными границами, например, среднее значение контролируемого параметра, то говорят о стабильности технологического процесса. Выход точек за границы регулирования указывает на нестабильность процесса.

Контрольные карты различаются характером используемых данных. При количественной оценки используется так называемые - карты (карты средних) и - карты (карты размаха), где.

Смещение среднего значения контролируемого параметра за границу регулирования обозначает появление систематической погрешности, что может означать неправильную настройку или износ элементов оборудования. Выход величины размаха за границу регулирования говорит о том, что стабильность процесса нарушили случайные факторы. В картах размаха нижние границы регулирования не показывают.

Контроль стабильности технологического процесса по количественным показателям является более информативен, но он является более дорогим, так как требуются более сложные технические средства контроля и больший объем вычислений.

При качественной оценке стабильности технологического процесса используют альтернативные показатели и применяют - карты, характеризующие уровень дефектности. Форма -карты соответствует форме - карты. При контроле по альтернативным показателям нижнюю границу часто не используют, т.к. слишком малая величина контролируемого параметра, например, уровня дефектности, является сигналом о неполадках в системе контроля, т.е. о недостоверности контроля.

При контроле по альтернативным показателям не требуется знание фактических значений контролируемых показателей, так как он выполняется с помощью простых технических средств контроля – калибров, шаблонов и контрольных образцов.

Периодичность отбора образцов, определяющая номера выборок, зависит от категории ответственности сварных соединений и объема сварных стыков и устанавливается в НТД.

Контрольные карты можно использовать и при статистическом регулировании технологического процесса, целью которого является корректировка технологического процесса на основе анализа тенденции изменения контролируемых статистических параметров во времени. Корректировка позволяет исключить отклонение контролируемых показателей от установленных требований и обеспечить стабильность технологического процесса. Чтобы предвидеть возможность появления недопустимых отклонений, на контрольную карту наносят две предупредительные контрольные границы, выход за которые является сигналом для технолога о возможной разлаженности технологического процесса в будущем.

За процессом нужно внимательно следить и анализировать результаты очередной выборки. При наличии тенденции к нестабильности процесса рассматривают необходимость подналадки (регулировки параметров режима) или замены изношенных частей технологического оборудования на конкретной технологической операции. При этом должен быть составлен перечень технологических операций, чувствительных к появлению отклонений контролируемых параметров от установленных требований и подвергаемых обязательному контролю.

Так, например, в выборке № 3 контролируемый показатель выходит за предупредительную границу, что является сигналом о возможной разладке технологического процесса в будущем. Это вызывает необходимость корректировки технологического процесса. Если причина разладки выявлена, то стабильность технологического процесса сохраняется (точка а). Если причина разладки не выявлена, то возникает нестабильность процесса (точка б), приводящая к снижению качества и надежности сварных соединений.

Наиболее эффективно статистическое регулирование при большой программе. Однако его можно использовать и в мелкосерийном производстве, объединяя небольшие партии контролируемых сварных соединений.