Введение к работе
Актуальность, Обеспечение необходимого качества выпускаемых изделий - постоянная забота разработчиков технологических процессов и оборудования для сварочного производства. Требования к качеству сварных соединений постоянно повышаются. А интенсификация производственных процессов приводит к возрастанию уровня технологических возмущений и, если не предпринимать дополнительных мер, к ухудшению качественных характеристик сварного соединения. Одним из основных путей - удовлетворения требований по качеству при максимально возможной производительности является повышение эффективности управления технологическими процессами.
Но до трети из внедренных автоматических и автоматизированных систем управления в сварке оказались неэффективными.Такое же положение сложилось и с технологическими процессами, управление которыми осуществляется операторами. Так, при ручной дуговой сварке (РДС) до 70-80% брака возникает из-за неэффективного управления процессом вследствие низкой квалификации сварщиков.
Одной из основных причин неэффективного управления является то, что технологические процессы сварки не рассматривались как объекты управления совокупностью свойств сварного соединения и, как следствие, -предложения по автоматизации носили недостаточно обоснованный характер.
Проведенный анализ современного состояния и тенденций развития теории н практики автоматизации сварки показал, что внедрение систем автоматического управления качеством соединений сдерживается из-за отсутствия методики анализа техпроцессов сварки как объектов управления всем комплексом свойств соединения. А для технологических процессов, управление которыми осуществляется сварщиками, выработка обоснованных предложений затруднена и вследствие отсутствия математического описания взаимодействия сварщика с техпроцессом.
Цель работы. Обеспечение эффективного управления технологическими процессами сварки плавлением по совокупности свойств сварного соединения, включая и его служебные характеристики ( стойкость против коррозии, износостойкость и др.).
Дня достижения цели в работе были поставлены следующие задачи:
- разработка методики анализа техпроцессов сварки плавлением как
объектов управления совокупностью свойств сварного соединения;
использование разработанной методики при исследовании процессов сварки как объектов управления свойствами сварного соединения;
разработка систем управления процессами дуговой сварки и наплавки по схеме с идентификатором в цепи обратной связи;
- разработка математической модели взаимодействия сварщика с
технологическим процессом;
- разработка технических средств подготовки электросварщиков.
Решение поставленных задач позволяет повысить эффективность
управления процессами сварки путем перехода от проектирования систем управления параметрами режима или отдельными свойствами соединения к проектированию систем управления комплексом свойств соединения и перехода к проектированию научно обоснованных средств и методик подготовки сварщиков.
Научная новизна:
Разработана методика анализа процессов сварки плавлением, заключающаяся в совместном, с учетом действия контролируемых и неконтролируемых возмущений, решении в пространстве допустимых значений параметров режима системы критериальных неравенств теоретических и формальных моделей совокупности показателей качества сварного соединения и позволяющая выбрать требуемую систему управления технологическим процессом.
Разработана математическая модель взаимодействия сварщика с технологическим процессом, которая базируется на выявленном в работе системообразующем факторе квалификации сварщика - программах моторного выхода, учитывает свойства анализаторных систем и памяти оператора, характеристики контура регулирования длины дуги, и позволяет проектировать эффективные технические средства и методики подготовки и аттестации сварщиков.
Практическая ценность и результаты внедрения.
На основе методики анализа технологических процессов сварки как объектов управления совокупностью свойств соединения:
проведено исследование процесса аргонодуговой сварки прямошовных труб из стали 12Х18Н10Т и внедрена система
управления качеством сварных соединений с идентификатором в цепи обратной связи;
проведено исследование процесса наплавки под слоем флюса рабочего слоя прокатных валков с чередованием в шахматном порядке свойств наплавленных участков и внедрена система программного регулирования качеством наплавки с идентификатором в цепи обратной связи. Суммарный годовой экономический эффект от внедренных систем
составляет более 7 млн. рублей (все экономические данные в ценах 1998 г.). На основе математической модели взаимодействия сварщика с
технологическим процессом:
разработан и внедрен алгоритм поэтапного формирования профессионального мастерства при минимальных затратах; разработаны и внедрены технические средства и способ формирования системообразующего фактора мастерства — программ моторного выхода на различные технологические операции. Экономия только на электродных и вспомогательных материалах при
подготовке нескольких групп новичков до 111-го разряда составила более 2
тыс. рублей на одного подготовленного.
На защиту выносятся следующие положения и результаты работы:
методика анализа технологических процессов сварки плавлением
как объектов управления совокупностью свойств сварного
соединения;
результаты экспериментального исследования характеристик
технологического процесса аргонодуговой сварки труб из стали
12Х18Н10Т, технологического процесса наплавки под слоем флюса
рабочего слоя прокатных валков, спектральных характеристик
сигнала зондового датчика при лазерной сварке;
способ оценки при сварке неконтролируемых возмущений по
разности измеренной и вычисленной по модели температуре точки
поверхности "очага плавления";
передаточная функция по температуре точки поверхности
сварочной ванны при действии различных возмущений;
способ формирования системообразующего фактора квалификации
сварщиков — программ моторного выхода, заключающийся в
безвизуальном воспроизведении предъявляемых траекторий стыка.
Апробация работы: Материалы диссертации докладывались на следующих конференциях и семинарах: Всесоюзной научно-технической конференции "Современные методы управления электросварочным оборудованием", Ленинград, 1981; Всесоюзной конференции "Повышение эффективности и использование вычислительной техники в сварке", Липецк, 1982; Конференции "Повышение качества и эффективности сварочного производства ", МДНТП им. Дзержинского, Москва, 1980; Конференции "Эффективность автоматизации процессов сварки", МОДНТП, Люберцы, 1981; Общемосковском семинаре "Проблемы инженерной психологии", Москва, 1989; Научном семинаре кафедры сварки МАСИ, Москва, 1989; Научном семинаре кафедры нефтегазового и химического аппаратостроения ГАНГ им. И.М.Губкина, Москва, 1990, 1993; Московском семинаре сварщиков при МГТУ им. Н.Э.Баумана,1979, 1989; Объединенном семинаре "Автоматика, источники питания и нагрева, неразрушающий контроль" и "Технологические процессы, материалы и оборудование для сварки сталей", ИЭС им. Е.О.Патона, Киев, 1991; Международной конференции "Современные проблемы и достижения в области сварки, родственных технологий и оборудования", Санкт-Петербург, 1995; Втором международном конгрессе "Защита 95", Москва, 1995.
По теме диссертации опубликовано 44 печатных работ, получено 13 авторских свидетельств.
Автор выражает глубокую признательность д.т.н., проф.: лауреату Ленинской премии Акулову А.И. и лауреату Государственной премии Гладкову Э.А. за их помощь и ценные советы при подготовке настоящей работы.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, 6 глав и общих выводов изложенных на 289 страницах машинописного текста с 7 таблицами и 68 иллюстрациями, списка использованных источников из 265 наименований и приложения.