Нештатные ситуации, вызванные несоблюдением технологической дисциплины при выполнении сварных и паяных соединений

УДК 621.79:658.5.012.1

Нештатные ситуации, вызванные несоблюдением технологической дисциплины при выполнении сварных и паяных соединений

Contingencies Caused by Non-Compliance with Process Discipline During Welded and Brazed Joints Production

Создание авиакосмической техники – серьезная инженерная задача. Наша цивилизация начала этот путь около 150 лет назад. Методы математического моделирования процессов получили своё развитие гораздо позже. Изначально – это был путь проб и ошибок. Однако эволюция техники идет экспоненциально, каждый новый образец техники содержит качественные изменения определяющих параметров. За счет математического моделирования и накопления опыта происходит минимизация нештатных ситуаций при отработке новой техники. Например, при летных испытаниях «бабушки» – самой эксплуатируемой во всем мире ракеты-носителя (РН) типа «Союз» – РН «Р-7», только пятый пуск признан частично успешным. В основном превалировали дефекты конструктивного характера. Всего в 1957–1959 годах проведено 30 испытательных пусков РН «Р-7» и ее модификаций. Из них девять – аварийные. Современная «цифровая» РН «Ангара» начала свои летные испытания без происшествий.

В авиационной и космической промышленности внедрено несколько сотен различных технологий. На заре становления ракетной промышленности случались аварии не только из-за неотработки конструкции, но и из-за необработанности технологий или их несоблюдения.

Не избежала аварий и ракетно-космическая отрасль. Когда аварии происходят с РН, модификации которых осуществили по нескольку сотен пусков, конструктивный дефект становится маловероятным. 

В настоящее время производственными причинами аварийных ситуаций являются нарушение технологии изготовления, нарушения технологической дисциплины, а также связанный с этими нарушениями пресловутый «человеческий фактор». За последние 10 лет по причине некачественного (в т.ч. нестабильного) паяного соединения произошли две аварии. Принципиальное значение имеет задача исследования несоответствия [1].  

В 2011 году РН «Союз-2.1б», стартовавшая с северного полигона Плесецк, не смогла выполнить задачу по выводу космического аппарата. Авария произошла из-за отказа двигателя третьей ступени. Причиной аварийной остановки двигателя стал отрыв паяного соединения сопла.

В 2016 году РН «Союз-У» с космодрома Байконур не смогла вывести на расчетную орбиту ТГК «Прогресс МС-04» из-за возгорания насоса двигателя третьей ступени в зоне паяного соединения.

С 2011 года всего произошло 19 аварий при пусках РН, т.е. более 10 % по технологическим причинам, связанным с пайкой [2]. В обоих случаях жертв среди персонала удалось избежать.

В декабре 2016 года при проведении очередных огневых испытаний двигателя второй ступени РН «Протон-М» выявлены замечания к паяному соединению. Детальный анализ показал применение в производстве припоя, не соответствующего конструкторской документации. В конкретном случае отозваны несколько десятков двигателей на доработку, что привело к срыву сроков исполнения ряда контрактных обязательств. Аварий удалось избежать.

Не только в ракетно-космической промышленности некачественные сварные и паяные соединения становятся причинами аварий. Приведем примеры [3]. Авария на подземном распределительном газопроводе высокого давления в поселке Пригородный Бийского района Алтайского края в 2014 году оставила население без тепла. Причина – многочисленные поры сварного шва при проведении ремонтных работ.

В 2015 году разгерметизация трубопровода «УП № 8» (раскрытая трещина по шву вдоль тела трубы длиной 4170 мм, ширина раскрытия до 550 мм) обеспечила выход нефтесодержащей жидкости на водную поверхность поймы протоки реки Чеускина (ХМАО). Причины – разрушение трубопровода по заводскому соединению, имеющему дефект сварки – частичное несплавление сварных кромок.

За океаном также бывают аварии по причинам некачественных сварных соединений [3]. Например, в 2008 году в Нью-Йорке упал башенный кран. Дефект обнаружен в сварном шве узла поворотной платформы крана. Узел отправлен на ремонт всего за несколько месяцев до катастрофы. Причиной падения крана стало разрушение ремонтного шва в поворотном узле вследствие значительных непроваров. В результате катастрофы обвалилась 60-метровая часть крана. Значительных жертв удалось избежать: погибли два работника (один из них работал на этом кране, другой – попал под обломки крана при его падении).

Трагедия произошла в декабре 2004 года в городе Хьюстон (Техас) на фабрике Marcus Oil facility, которая занимается переработкой полиэтиленовых восков. На фабрике взорвался бак-хранилище. Сначала прогремел взрыв, затем начался сильный пожар, который удалось затушить только спустя 12 часов. Несколько жителей пострадали в результате ранения осколками, которые разлетелись более чем на 500 метров. Во многих окрестных домах и автомобилях вылетели стекла. В результате пожара практически полностью уничтожена фабрика. Незадолго до аварии бак прошел модернизацию, после которой требовалась герметизация бака путем приварки стальной пластины. Следствие выяснило, что ремонтные швы не соответствовали принятым стандартам качества. Владелец фабрики грубо нарушил технику безопасности, наняв неквалифицированного сварщика, который выполнил шов ненадлежащего качества (не выполнена подготовка кромок, поэтому произошел значительный непровар, а концентрация пор в шве превышала все разумные значения и требования стандартов). Также выяснено, что проверки после сварочных работ не проводились, бак сразу заполнили парафинами под давлением.

Все эти случаи произошли по причине ненадлежащего выполнения операций технологического процесса. Внесение изменений в организационный порядок работ также может привести к дефекту. В ряде случаев качество выполнения операций невозможно подтвердить имевшимися средствами неразрушающего контроля. Таким образом, на первое место в профилактике подобных нарушений выходит фактор квалификации исполнителя и службы качества предприятий. Сварщики и пайщики – это специалисты высочайшего класса. Их работа связана со многими вредными факторами. Квалифицированных сварщиков в отрасли не много. В целях парирования рисков влияния человеческого фактора целесообразно организовывать отдельные отраслевые программы обучения для сварщиков и пайщиков с применением мотивационных программ. Целесообразно предусмотреть дополнительные технологические образцы для настройки, не менее двух-трех образцов на партию. Для снижения риска попадания посторонних частиц в шов рекомендуется уделять особое внимание контролю технологической дисциплины, в том числе промышленной чистоте и культуре производства. Сварочные участки должны быть отделены от участков подготовки сварных кромок.

Отдельный путь – автоматизация сварочных процессов и процессов неразрушающего контроля. Наличие контролера или военного представителя за спиной сварщика не обеспечит качество сварных соединений. Более продуктивно обеспечение многоуровневого контроля сварных и паяных соединений. Современные средства акустического и ультразвукового контроля обеспечивают более точные результаты контроля по сравнению с предыдущими поколениями средств контроля. Не сдает свои позиции и рентген-контроль. Проверка снимков теперь осуществляется автоматизировано, что снижает риск пропуска дефекта. Томографическая дефектоскопия также развивается быстрыми темпами. Огромную роль имеет детальный анализ в случае выявления несоответствий и корректировка технологической документации для недопущения несоответствий в дальнейшем.

Библиографический список

1. Исследование и анализ аварий ракет-носителей, связанных с неисправностями работы двигательной установки и выявление её критичных мест. Завьялова М.И. Научный руководитель: Гончар А.Г. Гагаринские чтения–2020: Сборник тезисов докладов. – М.: Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 2020. – 1731 с. – ISBN 978-5-4465-2716-8.
2. Аварии и нештатные ситуации с космическими кораблями «Прогресс», электронное издание ТАСС. [Электронный ресурс]. [2016]. URL: https://tass.ru/info/4493497. (27.07.2021)
3. Шаповалов М.В., Ростовский А.М., Тулупов В.Н., Горбатенко Д.Н. Ответственность руководителя сварочных работ за качество сварных конструкций. – Информационно-справочный сборник.– 2017. – 17 с.
4. Самые большие катастрофы, спровоцированные неграмотной сваркой. Электронный журнал о сварке и плазменной резке Svarcom. [Электронный ресурс]. [2017]. URL: https://blog.svarcom.net/statii/katastrofy-iz-za-svarki.html. (27.07.2021)

Омигов Борис Иванович – канд. техн. наук, директор центра ФГУП «НПО «Техномаш» имени С.А. Афанасьева. Тел.: 8 (495) 689-95-61, доб. 23-69. E-mail B.Omigov@tmnpo.ru / Omigov Boris Ivanovich – Ph.D. in Engineering Sciences, Center Director of FSUE «NPO «Technomac» named after S.A. Afanasev. Tel.: 8 (495) 689-95-61, ext. 23-69. E-mail B.Omigov@tmnpo.ru

Рябчиков Павел Вячеславович – директор центра ФГУП «НПО «Техномаш» имени С.А. Афанасьева. Тел.: 8 (495) 689-95-94, доб. 23-09. E-mail: p.ryabchikov@tmnpo.ru / Riabchikov Pavel Viacheslavovich – Center Director of FSUE «NPO «Technomac» named after S.A. Afanasev. Tel.: 8 (495) 689-95-94, ext. 23-09. E-mail: p.ryabchikov@tmnpo.ru

Круглова Юлия Васильевна – специалист ФГУП «НПО «Техномаш» им. С.А. Афанасьева. Тел.: 8 (495) 689-95-55, доб. 95-55. E-mail: yuliya-frolova-1987@mail.ru / Kruglova Iulia Vasilevna – Specialist of FSUE «NPO «Technomac» named after S.A. Afanasev. Tel.: 8 (495) 689-95-55, ext. 95-55. E-mail: yuliya-frolova-1987@mail.ru