Введение к работе
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.
-
Причины и закономерности дефектообразования в процессе резки, сборки и сварки комплектующих деталей корпусных конструкций.
-
Результаты прогнозирования износа расходных элементов машины плазменной резки «Кристалл», влияющих на качество реза.
-
Результаты анализа факторов, влияющих на коррозионные процессы в сварных швах.
-
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.
-
Впервые выполнена оценка срока износа сопл и электродов машины плазменной резки «Кристалл» до предельного состояния, которое обеспечивает бездефектную резку комплектующих деталей.
-
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.
