Роль сварщика в производственном процессе

В статье хотим привлечь внимание к анализу роли сварщика в той сфере производства, где профессионально выполняются сварочные работы. Эта роль неверно воспринимается обывателем, и потому профессия сварщика оказывается у молодого поколения отнюдь не на первом месте в списке желанных занятий. Пройдет много времени, прежде чем выводы, сделанные в этой статье, возымеют свое действие: улучшат имидж профессии и будут способствовать притоку новых сил в братство сварщиков. В статье анализируется суть профессии сварщика и взаимосвязь между различными составляющими сварочного процесса…

Историческая роль

Среди всех составляющих сварочного процесса сварщик занимает первое место. В том или ином виде, но сварщики существуют уже очень долгое время, по сути на протяжении веков, поскольку еще до начала промышленной революции процесс сварки часто применялся—например, в кузнечном деле. На протяжении истории судьбы многих цивилизации зависели от арсенала оружия. Были бы мечи выкованы некачественно, некоторые великие сражения, произошедшие столетия назад, имели бы исход, отличный известного нам сегодня. Последствия могли быть таковы, что некоторые цивилизации, в том числе и наша, преждевременно бы погибли в результате изменившегося хода истории. Вот какое влияние на развитие человечества имеет сварочная наука. Справедливо утверждать, что достижения сварщиков до, во время и после индустриальной революции были действительно значительными. Сварщики работали кропотливо, но в условиях относительного невежества, если сравнить тот уровень знаний с сегодняшним. Тем не менее, были выработаны навыки, оказавшиеся очень эффективными. Очевидно, что от прошлой истории мы должны воспринять понимание важности практического опыты сварки. Но мы должны учиться и современной практике, какой она нам известна сегодня, в XXI веке.

Обеспечение важнейшими ресурсами, т.е. нефтью, газом, водой, электричеством, и их транспортировка в современном обществе в определенной степени зависят от надлежащего качества сварки.

В настоящее время сварщик находится в авангарде производства. Он становится наиболее значительной фигурой процесса сварки и может рассматриваться в качестве инженера по выполнению сварных соединений. Принимая во внимание возможные серьезные последствия некачественной сварки, следует сделать вывод, что сварщик – это специалист, который несет большую ответственность за надлежащее проведение работ. В любой ситуации неправильное выполнение сварочных работ независимо от типа сварки, будь то ручная или автоматическая, полностью сведет на нет прочие технологические преимущества. В результате конечный продукт окажется непригоден к эксплуатации. К сожалению, реальная роль сварщика остается непонятой некоторыми руководителями, что наносит ущерб деятельности многих предприятий. Вне всякого сомнения, сварщик является очень важным лицом, и это оправдывает постановку вопроса о том, можем ли мы у него чему-нибудь научиться.

Роль сварщика в сварочном процессе

Для начала представим один из процессов сварки плавлением, так называемую дуговую сварку металлическим электродом в среде инертного газа (MIG), и подумаем о том, какие знания можно получить в процессе сварки. Первой реакцией может быть суждение о том, что реально происходит, т.е. констатация того, что сварщик выполняет соединение посредством сварки.

Теперь представьте ситуацию: кто-то отключает питание сварочного аппарата в момент выполнения сварочных работ. Помимо досады сварщика, это вызовет, совершенно очевидно, гашение дуги и прекращение процесса. Хотя это умозрительный эксперимент, который еще нужно проверить на практике, все же можно уже сделать важный вывод: сварщик не оказывает прямого влияния на процесс плавления во время сварки, физически сварка осуществляется сварочным аппаратом. Я занимаюсь профессиональной подготовкой сварщиков и могу сказать, что для многих, в том числе и для меня самого, затруднительно сразу найти в этом концептуальный смысл, но сделать это необходимо.

Чтобы определить существенность этого наблюдения, схематично, в общих чертах, изобразим процесс сварки плавлением, например, дуговой сварки металлическим электродом в среде инертного газа и др.:

• в процессе плавления происходит разжижение основного металла;
• обычно осуществляется предварительное плавление присадочного металла / материала и введение его в сварочную ванну;
• далее осуществляется затвердевание и охлаждение расплавленного металла, которое мы называем «сварной шов».

Чтобы провести описанную выше последовательность действий, например, c металлами и их сплавами, для обеспечения процесса плавления необходимы очень высокие температуры. Тепло, требуемое для достижения температуры плавления, обычно поступает от электрической дуги, которая исчезает, если сварочный аппарат выключен! Если действия человека напрямую не влияют на процесс сварки, то этот процесс можно полностью автоматизировать. Древние кузнецы могли автоматизировать процесс установкой кузнечного молота на подходящую опору выше нагретых металлических деталей и использовать его тяжесть для увеличения энергии удара и проведения кузнечной сварки. Серьезная автоматизация не была доступна, если речь шла о прямых действиях сварщика.

Процесс сварки, однако, требует вмешательства человека, особенно опытных специалистов, для обеспечения эффективной работы. Но это вмешательство по своему характеру не является прямым. Автоматический сварочный аппарат должен находится под управлением опытного специалиста, однако это противоречит точке зрения некоторых руководителей. На производстве случается, что руководители с радостью берут на работу специалиста с опытом, например, электрика, машиниста и др., но неохотно делают то же самое в отношении сварщиков. Сварка, ручная или автоматическая, намного сложнее иных работ на производстве. Это объясняется наличием большого числа важных параметров, оказывающих влияние на результат и очень затрудняющих управление процессом. Принято говорить, что специалист выполняет сварку, но такая формулировка, хоть и часто употребляется всеми нами, фактически, искажает смысл. Непрямое воздействие опытного сварщика на процесс необходимо определить точнее и привязать к ситуации. Возвращаясь к нашему примеру дуговой сварки металлическим электродом в среде инертного газа, заметим, что сварщик в определенном смысле вводит нас в заблуждение, искусно скрывая, что же фактически делается.

Чем же фактически занимаются сварщики?

Определить, чем действительно занимается сварщик, можно путем определенных умозаключений. Необходимо рассмотреть наше восприятие качества сварных швов и его связь с задачей достижения совершенства. Сварщик знает, что для получения хорошего результата, скажем, в процессе дуговой сварки металлическим электродом в среде инертного газа, необходимо учитывать много факторов. Например, уже одной неточности угла скоса кромок в 10 градусов может быть достаточно для возникновения непровара корня шва или проплавления только одной из заготовок при сварке двух листов встык. С научной точки зрения это означает, что факторов, которые необходимо учитывать для получения положительного результата, множество, а сам желаемый результат определяется техническими требованиями. Сварщики на начальном этапе накопления опыта не могут не осознавать того, что совершенство чаще всего недостижимо. Даже если предположить, что совершенство в принципе возможно, оказалось бы, что в условиях сварки оно все же нереально из-за существования множества важных факторов в процессе, которые необходимо контролировать. Хотя ученый-теоретик способен дать численное выражение разным сторонам дефекта, опытные сварщики просто принимают этот основополагающий принцип как должное. Для них иметь дело с дефектом – это так же естественно, как дышать (даже если сейчас дефекта нет, он появится!). Это опять-таки подтверждает довод о том, что для управления автоматическими сварочными аппаратами необходим опыт, позволяющий учитывать влияние многих факторов.

Следовательно, любое сварное соединение не может быть во всех отношениях идеальным и должно иметь некоторые дефекты. Подтверждение этого вывода можно найти в способе определения качества, который описывается в учебниках и различной технической документации, будь то СНиПы, спецификации, стандарты и проч. Во всех этих пособиях качество сварки определяется допустимым для конкретного задания уровнем дефектов. Таким образом мы заключаем в этом вопросе сделку с истиной. Отсюда можно сделать вывод: сварщик имеет какое-то отношение к степени дефектности сварного соединения. Это — определенно фундаментальная проблема.

Все сварщики допускают дефекты?

Уровень мастерства сварщика обычно оценивают путем определения качества сварного шва. Это можно сделать прямым сопоставлением с видами дефектов или косвенно, при помощи какого-либо функционального испытания. То есть, квалификация сварщика подразумевает понимание допустимой степени дефектности, которая поддается измерению. Тогда по определению, сварщики могут действовать только одним образом: делать все возможное для недопущения дефектов. Их квалификацию можно оценивать, исходя из того, насколько они способны выполнять эту задачу в ходе сварки. Если сварщики упорно стоят на иной точке зрения, это говорит о недостатке их обучения. До тех пор, пока сварщики не осознали фундаментальной сущности своего мастерства, они не могут работать эффективно, поскольку не владеют механизмом совершенствования. Дефекты сварщики будут допускать неизбежно, другой вопрос на сколько сам сварщик это осознает.

Какие знания помогут минимизировать количество дефектов?

Для подтверждения способности выполнить сварку соединения сварщику обычно предлагают имитационный тест. Положительный или отрицательный результат испытания необходимо довести до сварщика с обоснованием принятого решения. По моему многолетнему опыту, сообщения о результатах теста сварщикам практически ничего не говорят. Они не содержат никаких физических доказательств, и я нахожу в этом проявление некоторого неуважения к специалистам. Отчеты о неразрушающих испытаниях должны быть более подробными, чем это обычно принято, и доступными для сварщиков.

Правильно ли говорить, что сварщик может проводить сварку «в соответствии» с определенным уровнем качества, используя механизм повышения качества работы?

Сварка высокого качества отличается от того, что именуется сваркой низкого качества, низким уровнем дефектности, который можно определить проверив характеристики на соответствие существующим техническим требованиям. Выполнимо ли для сварщиков задание: придерживаться уровня дефектности, находящейся между двух существующих определений высокого и низкого качества? Возможно ли такое? Например, требуется выдержать заданное количество газовых пор от 10 до 15 диаметром менее 1 мм на каждых 150 мм наплавленного покрытия. На практике, чтобы добиться таких результатов, сварщикам потребуется создать по своему усмотрению определенное количество газовых пор и пересчитать их. Совершенно очевидно, что это невозможно. Решить такую проблему сварщик может, только основываясь на своем опыте и выполняя знакомые ему действия, либо получив новые для себя навыки, позволяющие избежать образования газовых пор в процессе сварки.

Несмотря на определенный и допустимый уровень отклонений, указанный в рабочей спецификации или стандарте, реальность такова, что сварщики не смогут намеренно выполнить сварку с точным количеством или заданным типом дефектов. Поэтому проводить сварку «в соответствии» со стандартом невозможно. Причина в том, что сварщики в состоянии предпринимать только те превентивные меры, которые по своей природе являются качественными, т.е. направленными на устранение причин, способствующих возникновению дефектов. Производство же, напротив, определяет качество сварки продукции в направлении, обратном ситуации, описываемой заданным выше вопросом, где спецификация сравнивается с уровнем дефектности сваренного участка.

Как работает механизм повышения качества?

Анализ факта, рассмотренного выше, дает более глубокое понимание того, что фактически делает сварщик. Его действия, необходимые для недопущения образования газовых пор, можно вывести из анализа «действий и их последствий», определяющих качество сварки. Иными словами, опыт сварки традиционно приобретался методом проб и ошибок. В прошлые времена из-за недостатка знаний это был единственный способ, доступный кузнецам-оружейникам, позволявший повысить мастерство и выполнять сварку надлежащего качества. Если сварщики остаются в добром здравии и если уроки усваиваются, то старшие по возрасту должны быть более умелыми.

Накапливаемый в течение времени путем проб и ошибок опыт привел к созданию распознаваемых технических приемов, которые описаны в учебниках и инструкциях для сварщиков. Знание нашло свое выражение в методике, указывающей, как выполнить определенное сварное соединение посредством определенного процесса. Но такой подход может быть, однако, обманчив. Невозможно научиться чему-либо, просто наблюдая за выполняющим сварку инструктором и не понимая при этом целей предпринимаемых им действий.

Например, инструктор проводит сварку таврового соединения угловым швом при помощи дуговой сварки металлическим электродом в среде инертного газа. Нельзя ни понять, ни оценить значение угла расположения сварочной горелки, пока не сделан поперечный разрез или разлом места сварки для оценки степени дефектности. Качество сварки будущий сварщик изучает путем анализа действий и их последствий на основе полученных результатов. Если ученик воспринимает эффективность известных приемов сварки как возможность недопущения дефектов, то он правильно понимает инструктора. Довести эту информацию до сварщиков совершенно необходимо, иначе они не смогут ничему научиться. Если это условие выполнено, то когда придет их черед выполнять дуговую сварку металлическим электродом в среде инертного газа, смогут обдуманно контролировать значение угла наклона горелки. Если сварщик предпочтет игнорировать значение этих действий, его умение будет ничтожным, что, к сожалению, довольно часто встречается в настоящее время. Сварщики не могут выполнить сварку в соответствии с требованиями технических условий. Если же сварщик на высоком уровне владеет приемами предотвращения дефектов, то результат наверняка окажется приемлемыми для любых спецификаций и стандартов, идет ли речь о садовых воротах, или резервуаре высокого давления ядерного реактора. Многие сварщики удивляются, когда им говорят, что они в состоянии достичь такого уровня квалификации. В подтверждение этого предположения касательно уровня мастерства сварщика нет необходимости изучать какой-либо нормативный документ. Они, во-первых, нереалистичны в отношении заданного уровеня дефектности и, во-вторых, не характеризуют условий отсутствия дефектов. Для любого процесса сварки, требующего от сварщика невозможного, все попытки навязать неприменимые стандарты имеют тот же результат, что и приводящая к полной путанице работа безо всяких стандартов вообще.

Разница в приобретении сварщиками навыков сегодня и в прошлом

Сварщики должны приобретать опыт, как в процессе практического обучения, так и во время работы. Сейчас ученик все усваивает по показу и рассказу инструктора, и обучение должно быть направлено на предотвращение дефектов и контроль их возникновения. Если не это является целью обучения, то сложно определить, какие же знания передаются. Если ученик невосприимчив к сути инструкций, то обучение теряет смысл: он не приобретет необходимой квалификации. Сегодня многие сварщики сталкиваются с такой ситуацией. Но в том нет их вины — проблема возникает вследствие недостатков обучения.

Современные базовые знания позволяют нам более точно, чем в прошлые века, объяснить назначение действий, выполняемых сварщиками. Раньше из-за недостатка научных знаний подмастерье оружейника не мог понимать действия наставника во всей последовательности производственного процесса. Было сложно, например, расшифровать, какие действия приводят к уменьшению образования окалины? Несмотря на это, ученик мог кропотливой работой при каждом опыте сварки освоить верную последовательность работы. Для него единственным способом научиться было превратить процесс изготовления меча в своего рода ритуальное действо, которое можно постичь лишь ежедневныи повторением. Так возник и развивался эмпирический характер работы сварщика.

Детализация последовательности дей ствий должна всегда определяться связью с функцией контроля и предотвращения дефектов. На протяжении всей своей работы когда бы я ни спрашивал сварщиков о целях их действий, ответ всегда был один: «Так сваривается лучше». Это не имеющее никакого смысла высказывание широко распространено. Очень редко при этом упоминается проблема дефектов. Кажется, что передача фундаментальных знаний о ручной сварке идет неэффективно. Это касается и меня самого. Лишь постепенно, с годами, сварщик приходит к осознанию эмпирической природы процесса сварки и необходимости постоянной работы с дефектами. Сегодня многие сварщики игнорируют реальность и предпочитают верить в невозможное — факт, на мой взгляд разочаровывающий.

Обычно серьезный, разработанный инженерами-сварщиками, документ описывающий процедуру сварки, представляет ее в виде последовательности действий, направленных на поддержание соответствующего металлургического состава. Эта задача идентична той, что стоит перед сварщиком. Отличие только в характере дефектов, а это очень важный момент.

Я лично отношусь к этой последовательности действий как к «рутине». Ее можно детально прорабатывать в качестве частного пожелания. Сварщики приобретают навыки и квалификацию, сопоставляя «действия и их последствия» с получаемым качеством сварного соединения на разных этапах программы обучения. Когда сварка проводится с целью оценки применимости того или иного метода в промышленном производстве, например, изготовлении резервуаров высокого давления, то действия и их последствия уже заранее определены в процессе разработки технологии. Но даже в этой ситуации, выполняя известные процедуры, квалифицированные сварщики, чтобы работать эффективно, должны все же использовать свой опыт. Однако вместо этого они на практике постоянно обращаются к прописанным методикам за информацией и инструкциями о том, как варить соединение. Шокирующее явление.

Многие изделия изготавливаются без методики, и в такой ситуации требования к сварщику еще выше. Поэтому важно до начала производства выполнить имитационную или тестовую сварку с тем, чтобы приобрести необходимый опыт. Но часто ли это делается на предприятиях? Боюсь, что нет. В рамках программы подготовки теоретические основы с изложением основополагающих принципов необходимо закладывать до начала формирования практических навыков. Иначе смысл того или иного действия инструктора не дойдет до ученика. Каждое изменение в конфигурации соединения, предназначенного для сварки,— это новая задача, которую должен решить опытный сварщик. Подготовка сварщиков состоит в том, чтобы научить их тому, как добиться оптимальных параметров сварки для получения соединений приемлемого качества. Учитывая подготовку и прохождение аттестации, можно сформулировать высказывание, которое должно прозвучать из наших уст, а именно: «мы можем сделать это намного лучше».

Наиболее точное функциональное определение сварщика?

В соответствии с определениями, встречающимися в литературе, сварщик – это тот, кто выполняет сварочные работы. В свете вышесказанного я нахожу такое определение абсолютно неправильным и вводящим в заблуждение. Настоящий уровень квалификации сварщика невозможно оценить, используя лишь перечень аттестационных требований. В соответствии с такими требованиями наличие профессиональных знаний может не быть обязательными, а степень дефектности изделия находится за пределами рассмотрения и не имеет отношения к квалификации сварщика. Такие определения и характеристики демонстрируют неуважение к профессии сварщика. И я считаю, что опытный сварщик должен считать их оскорбительными. Приведем альтернативное определение профессии сварщика: «квалифицированный сварщик — это специалист, который способен применять методы, направленные на предотвращение возникновения дефектов в области сварного шва и контроль их уровней в процессе сварки». В предлагаемом определении учтены тонкости реальной работы квалифицированного сварщика. Некоторые люди считают практическую сварку «черной магией» в инженерном смысле, что означает нечто, что работает, но является чем-то неосязаемым, непонятным и не поддается количественной оценке. Справедливость и точность такого утверждения кажется неоспоримой и подтверждается альтернативным определением квалифицированного сварщика. И обоснованность такого определения чрезвычайно высока.

Какова роль сварщика в производственном процессе?

Все сварщики на производстве, независимо от выполняемой ими работы, должны регулярно проходить переподготовку и получать квалификацию в соответствии с какими-либо требованиями или стандартами. Всякий раз, когда меня просят провести экспертную оценку разрушения сварного соединения, обнаруживается обычный сценарий: действовали неопытные сварщики, не прошедшие предварительной подготовки и не имевшие достаточных знаний для проведения такого рода работ. Это в полном смысле слова безответственно. Полученные в результате сварные швы, если оценить их на соответствие требованиям стандарта на проведение сварочных работ, зачастую можно назвать «непроваренным хламом». Последствия для компании оказываются, как правило, очень дорогостоящими и делают совершенно несостоятельным решение использовать неквалифицированных работников. Это опять-таки подтверждает мою мысль о том, что даже при автоматизации процесса автоматические установки должны работать под контролем опытного персонала. Применение труда неквалифицированных работников на производстве поддерживается финансово ответственными людьми в слепой погоне за прибылью. Но автоматизация может принести деньги при использовании квалифицированных сварщиков, поскольку возрастает производительность и качество и нет необходимости в затратах на исправление ошибок.

Специалисты смежной профессии — техники, осуществляющие неразрушающий контроль сварных соединений, — должны пройти официальное обучение и получить лицензию на работу именно с данным конкретным оборудованием. Тот же принцип должен распространяться на выполнение сварочных работ на производстве. Сварщик, не прошедший должного обучения, не имеет необходимого понимания того, что делается, и должен рассматриваться как потенциально опасный фактор. К сожалению, существует множество примеров гибели людей из-за действия этого фактора. В нейрохирургии требуется нейрохирург, а в сварке — квалифицированный сварщик!

Можно ли установить связь между разными составляющими сварочного процесса и сварщиком, если известно, чем он фактически занимается? Принимая во внимание иллюзорность совершенства, режим, в котором работает сварщик, должен применяться и к другим составляющим сварочного процесса, иначе цели становятся неясными.

В качестве первого примера возьмем «профессионального инженера-сварщика», который занимается разработкой технологий. Его целью является достижение соответствующего металлургического состава, обеспечивающего требуемые механические и физические свойства. Возможный металлургический состав, который, скажем, придает изделию высокую твердость и чрезвычайную хрупкость, можно рассматривать как нежелательный, поэтому технология должна быть направлена на предотвращение подобного дефекта. Этот пример описывает ситуацию, возникающую при сварке плавлением углеродистых и нержавеющих сталей в различных комбинациях значений толщины. Такое соединение очень часто применяется в атомной промышленности. Решение может быть найдено путем определения микроструктуры дефекта и внесения соответствующих изменений в последовательность операций. В этом случае весьма эффективна методика предварительного нагревания. В принципе, действия инженера-сварщика хотя и отличаются от действий сварщика, они идентичны им по способам решения проблем. Отличие состоит лишь в типе дефекта.

В другом примере рассмотрим работу инженера-электрика, разрабатывающего источники питания. При заваривании корня шва в процессе сварки стыкового соединения труб необходимо в течение определенного времени подводить к трубам соответствующее количество энергии. Инженер-электрик должен создать источник питания, способный поддерживать определенные значения напряжения и тока, позволяющие сварщику провести контролируемое плавление и тем самым свести к минимуму возможный непровар. Конструкция ручного или автоматического оборудования должна определяться потребностями сварщика. Изготовители источников электропитания, учитывающие проблему дефектов сварки, обычно производят очень добротное оборудование, которое пользуется большим спросом. В действительности, квалифицированные сварщики могут дать полезные советы руководителям, планирующим приобретение сварочного оборудования для массового производства.

Даже только эти два примера однозначно показывают, что все составляющие сварочного процесса должны быть направлены на выполнение одних и тех же функций и задач. Особенными являются только действия сварщика.

Выводы

1. С точки зрения существа сварки, сварщик появился на сцене первым и открыл эмпирический механизм, благодаря которому создавался и развивался каждый отдельный сварочный процесс.

2. Сварщик учится решать проблемы, возникающие в процессе сварки, на основе результатов действий и их влияния на качество сварного соединения. Это определяет эмпирический характер работы опытного сварщика.

3. Научные принципы занимают свое место в процессе разработки технологии сварки, но сварщики показали, что необходим эмпирический подход к процессу выполнения соединения. Эмпирический научный подход — это, фактически, общий для всех аспектов и составляющих сварочного процесса инструмент.

4. Вклад сварщиков в процесс сварки, ручной или автоматической, является косвенным, скорее, неявным, но оказывающим чрезвычайно важное влияние на создание сварных соединений приемлемого качества.

5. Действия опытного сварщика определяют суть сварочного дела, которое заключается во влиянии на уровень дефектности сварного шва. Любой сварщик должен выработать навык поддержания условий сварки, необходимых для предотвращения дефектов и контроля над их возникновением. Этот навык приобретается в процессе обучения, инструктажа, в ходе тестовой сварки, а также опытом.

6. Благодаря правильному представлению о том, что делает сварщик, все составляющие сварочного процесса находят общий язык. Этот язык описывает дефект сварки.

7. Опыт профессиональных сварщиков учит нас, что любой может на том или ином уровне овладеть мастерством сварки, но для этого необходима постоянная тренировка. Пытаться быть или считаться специалистом — это на самом деле не имеет большого значения. Существующие определения профессии сварщика вводят в заблуждение и нуждаются в пересмотре для правильного описания выполняемых функций.

8. Есть показатели того, что образ действий всех участников сварочного процесса тот же, что и у опытного сварщика. Потому можно сказать, что все мы — в одной лодке, что мы — братство сварщиков. Философия поиска возможности снизить дефектность при выполнении сварки – это то, что нас всех объединяет и что является общей целью профессии, основоположником которой был «сварщик». И заключительное замечание. Я не утверждаю, что сварщик по своему общественному положению должен быть сравним со знаменитым киногероем Джеймсом Бондом. Хотя и у него есть лицензия… На сварку!

Д-р Эдвин Джеймс Франс (Edwin James France),
(Уайтфилд, Манчестер, Великобритания)