大跨度钢管拱焊接质量控制.docx
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大跨度钢管拱焊接质量控制
中铁十三局集团有限公司2006年度QC小组成果发表会材料
大跨度钢管拱焊接质量控制
小组名称：
大跨度钢管拱焊接质量控制QC小组
发表人：
宁伟莫开燕
发表时间：
二○○六年十月十五日
中铁十三局集团第一工程有限公司沪蓉西项目部
一、工程概况………………………………………………1
二、小组概况………………………………………………1
三、选题理由………………………………………………2
四、现状调查………………………………………………2
五、活动目标及可行性分析………………………………3
六、活动情况………………………………………………4
（一）第一次PDCA循环……………………………………4
（二）第二次PDCA循环……………………………………9
七、产生的各种效益………………………………………12
八、巩固措施………………………………………………12
九、心得体会和下一步打算………………………………12
一、工程概况
1、概况：
湖北沪蓉西高速公路支井河特大桥，桥梁中心桩号K120＋433.507，全长545.54米，主桥采用1-430米上承式钢管混凝土拱桥，为目前世界上同类型桥梁跨度之首。
大桥横跨支井河峡谷，两岸和隧道紧密相连，场地狭窄，地势险要，交通运输条件极其恶劣，施工难度为沪蓉西高速公路全线之最。
大桥两条钢管拱肋采用钢管砼主弦管和箱形钢腹杆组成的空间桁架结构，断面高度从拱顶6.5米变化到拱脚13米，单拱肋宽度为4米，主拱肋钢管外径为1.2m。
钢结构设计选材Q345C，钢管拱肋部分重量为5600吨。
2、技术特点：
大桥跨度大，结构复杂，焊接工序作业量大，质量要求高，主拱肋钢管焊缝超声波检测要求100%合格，X射线检测要求10%合格。
焊接质量是大桥总体质量控制的关键环节，焊接质量控制不好，焊缝处极易产生裂纹、夹渣、气孔、咬边、未填满、未熔合等重大质量隐患。
我公司虽然以往也有制造钢管拱的成功经验，但本桥是国内首次采用“先栓后焊，栓焊结合”的设计施工方案，对焊接质量提出了全新的要求，对QC小组成员而言，是一次很好的锻炼和考验。
二、小组概况
沪蓉西高速公路项目部“大跨度钢管拱焊接质量控制”ＱＣ小组成立于2006年3月20日。
小组成员8人，由项目总工担任组长，驻厂高级工程师任副组长。
小组基本情况见表一、表二：
表一ＱＣ小组概况
小组名称
大跨度钢管拱焊接质量控制ＱＣ小组
成立时间
2006年3月20日
课题名称
大跨度钢管拱焊接质量的控制
小组类型
现场型
组长
孙立新
活动日期
2006.3.20～2006.10.10
注册时间
2006年3月20日
小组成员
8人
ＱＣ教育时间
平均92小时
活动频率
2次/月,出勤率100%
循环次数
2次
表二QC小组成员简介
序
号
姓名
性
别
年
龄
文化
程度
职务
组内
职务
TQM
教育时间
TQM
测试成绩
1
孙立新
男
39
大学
项目总工
组长
150h
优良
2
宁伟
男
43
大学
驻厂高工
组员
165h
优良
3
高清岩
男
30
大学
技质部部长
组员
72h
优良
4
莫开燕
女
30
大学
工程师
组员
60h
优良
5
熊经雄
男
45
大学
技术负责人
组员
150h
优良
6
梁曦
男
26
大学
技术员
组员
56h
优良
7
张炳军
男
32
中专
焊接班长
组员
45h
优良
8
王荣军
男
29
中专
焊接工人
组员
40h
优良
制表：
莫开燕时间：
2006.3.20
三、选题理由：
1、焊接质量是大桥总体质量控制的关键环节，如焊接质量控制不好，极易留下质量隐患。
2、我单位虽然以往也有制造钢管拱的成功经验，但本桥跨度大、结构复杂，且是国内首次采用“先栓后焊，栓焊结合”的设计施工方案，对焊接质量提出了新的要求。
3、焊接是专业性较强的工作，培养一批焊接专业人才是公司长远发展的需要。
四、现状调查
2006年3月25日，QC小组对105延米主拱肋钢管焊缝进行了外观质量检查和超声波、X射线探伤的内在质量检测，发现：
a.局部焊缝外观成形较差，咬边部位2.5延米,未填满部位0.7延米,表面裂纹部位0.16延米,焊瘤部位0.1延米。
b.经超声波、X射线探伤检测，焊缝内部气孔和夹渣缺陷部位4延米。
一次报检合格率为92.9％，返修率7.1％。
焊缝外观成形差：
咬边、未填满缺陷明显
五、活动目标及可行性分析
1、活动目标：
小组成员通过对上述调查结果的充分讨论和研究，确定了以下目标：
（见图一）
图一活动目标
2、可行性分析：
小组成员经过讨论，认为实现目标有以下有利条件：
（1）小组成员组成结构合理，有丰富的QC小组活动经验；
（2）有贯标程序文件的指导；
（3）作为重点项目的重点工序，钢管拱焊接质量受到各方关注和重视，现场有科技攻关活动的广泛开展，外围有局、处的技术支持和专家组的评审把关，氛围良好。
六、活动情况
（一）第一次PDCA循环（2006.3.25-2006.4.18）
1、现状分析：
目标确定后，小组成员对上述调查结果进行了统计分析，得出不合格项排列图数据表（见表三）及不合格项排列图（见图二）。
表三不合格项排列图数据表
序号
不合格类型
检查延米
不合格延米
累计不合格延米
比率（%）
累计比率（%）
1
内部气孔、夹渣
105
4
4
53.6
53.6
2
咬边
105
2.5
6.5
33.5
87.1
3
未填满
105
0.7
7.2
9.4
96.5
4
表面裂纹
105
0.16
7.36
2.1
98.7
5
焊瘤
105
0.1
7.46
1.3
100.0
合计
7.46
100.0
一次报检合格率为：
（105-7.46）/105＊100=92.9％
制表：
莫开燕时间：
2006.3.30
图二不合格项排列图
制图：
莫开燕时间：
2006.3.30
从数据表及排列图中可以看出，影响焊缝质量的主要因素是咬边和内部气孔、夹渣问题严重。
同时，未填满部位的长度虽不多，但仍需引起高度重视。
2、因果分析：
小组成员根据调查记录和统计结果，针对造成三个问题的原因进行了分析，查找了末端因素并进一步分析确定了主要因素，绘制了因果分析图和要因确认表。
（见图三和表四）。
图三影响焊缝质量因果分析图
制图：
莫开燕时间：
2006.3.30
表四影响焊缝质量要因确认表
序号
末端因素
末端因素分析
确认方法
负责人
是否要因
1
操作者质量意识差
操作者的质量意识淡薄，对大桥的质量要求重视不够。
讨论分析
宁伟
是
2
焊接操作不规范
不按已制订的焊接操作规范进行焊接，焊剂烘干不到位，各种参数执行得不认真。
现场验证
熊经雄
是
3
焊接件定位不准
工装和胎具的设计有不合理之处，作业前未做到“三检”。
现场验证
梁曦
是
4
焊接变形
预先未考虑焊接收缩量及因焊接应力而产生的变形问题。
现场验证
梁曦
否
5
焊接面不洁净
焊接工作面未清理干净，有氧化皮、锈蚀和油污存在。
现场验证
张焰军
是
6
空气湿度
对因空气湿度大对焊接质量产生的不利影响考虑不周。
现场验证
张焰军
是
7
热胀冷缩
因冬、夏两季气温变化产生的热胀冷缩现象对焊接质量产生的影响考虑不周。
现场验证
王荣军
否
制表：
宁伟时间：
2006.3.30
3、制定对策：
针对上述确认的要因，QC小组经研讨后制定了解决对策。
（见表四）
表五要因对策表
序号
要因
对策
目标
措施
地点
负责人
完成
时间
1
操作者质量意识差
加强对操作者的质量意识教育，搞好岗前培训,做到持证上岗。
提高操作者的质量意识
对上岗前操作者进行培训
会议室
宁伟
2006
4.2
2
焊接操作不规范
对下加强沟通，对现场工序施工加大监督力度。
使焊接操作人员知晓焊接技术质量要点，规范焊接操作
1、召开工艺技术交底会
2、制定焊接质量奖惩办法
3、现场对工序严格监督，按办法实施奖惩
施工现场
熊经雄
2006
4.6
3
焊接件定位不准
改进设备加强监控
提高焊接件的定位精度
1、改进工装和胎具
2、实行“三检”制度。
施工现场
梁曦
2006
3.8
4
焊接变形
预留变形量
减小焊接变形
焊前计算并预留出焊接收缩余量，采取反变形措施。
施工现场
梁曦
2006
4.8
5
焊接面不洁净
焊接面逐一进行清理
确保100％焊接面洁净
用角磨机将焊接坡口内壁及焊道外侧3CM范围金属打磨干净，露出金属光泽，清除油污。
施工现场
张焰军
2006
4.8
6
空气湿度
在湿度允许范围内进行作业
避开湿度大的环境作业
派专人使用湿度计监控空气湿度，当湿度≥80%时停止焊接作业。
施工现场
张焰军
2006
4.10
7
热胀冷缩
采取措施，避免热胀冷缩
确保在温度适度环境下作业
定时进行温度测量，避开高温时段施焊，低温时采取保温措施或停止施焊作业。
施工现场
王荣军
2006
4.10
制表：
宁伟时间：
2006.4.12
4、对策实施：
〖实施一〗由宁伟召集全体焊接施工人员开会，进行岗前培训，加强教育，增强操作者的责任心和质量意识。
〖实施二〗由熊经雄召开焊接工艺技术交底会，施焊人员全部参加学习，熟悉焊接工艺和要求，同时质检人员加强对作业过程的工序监督，实行焊接质量奖惩制。
〖实施三〗由梁曦负责改进工装和胎具。
在胎架上放样，根据靠位点布置焊接靠位，将管节段按编号依次放置于胎架上，对齐靠位和管接口。
焊接作业前，对焊接靠位检查实行自检、互检和专检三道检验程序，合格后方可施焊。
〖实施四〗采用计算焊接收缩补偿量的方法，每根弦管两端管节，长度各预留30mm焊接收缩量。
焊接结束后测量长度，将多余部分割掉；在钢管对接处对称部置连接钢板临时进行固结，以减少焊接收缩量。
〖实施五〗用角磨机将焊接坡口内壁及焊道两侧3cm范围的金属打磨干净，露出金属光泽，并用除油剂清除油污。
〖实施六〗武汉市地处南方，长江穿城而过，一年四季空气湿度大，焊条和焊剂极易受潮，使焊缝内部产生气孔和夹渣缺陷。
为此派专人负责监控空气湿度，当湿度≥80%时停止焊接作业。
〖实施七〗武汉地区夏季炎热高温，冬季低温阴冷。
因此夏季当气温>38℃时，要避开在每天12时～15时的高温时段进行焊接作业；冬季当气温<5℃时，应采取保温措施或停止焊接作业；避免因热胀冷缩使焊缝产生裂纹缺陷。
5、效果检查：
对策实施后，小组成员于2006年4月18日对重新施焊的102米焊缝质量进行了检查，不合格项数据表见表六，不合格项排列目见图四。
表六不合格项排列图数据表
序号
不合格
类型
检查
延米
不合格
延米
累计不合格延米
比率（%）
累计比率（%）
1
未填满
102
2.8
2.8
68.6
68.6
2
内部气孔、夹渣
102
0.7
3.5
17.2
85.8
3
咬边
102
0.3
3.8
7.4
93.1
4
表面裂纹
102
0.2
4
4.9
98.0
5
焊瘤
102
0.08
4.08
2.0
100.0
合计
4.08
100
一次报检合格率为：
（102-4.08）/102＊100=96％
制表：
莫开燕时间：
2006.4.18
图四不合格项排列图
制图：
莫开燕时间：
2006.4.18
从表六及图四中可以看出，第一次PDCA循环后，影响焊接质量的要因“内部气孔、闪渣”问题已基本上解决，但“未填满”及“咬边”现象仍然存在，且一次报检合格率为96％，返修率4％，仍未达到预期目标。
所以，必须进行第二次PDCA循环。
（二）第二次PDCA循环（2006.4.25-2006.6.10）
1、现状分析：
通过对第一次PDCA循环后的效果检查，暴露了焊缝未填满成为影响焊接质量的主要问题。
因此，在第二次PDCA循环中我们将着力解焊缝未填满问题。
焊缝未填满严重
2、因果分析：
小组成员对焊缝未填满问题产生的原因进行了分析研究，并一一列举在因果分析图上：
（见图五）
图五影响焊缝未填满质量因果分析图
制图：
莫开燕时间：
2006.4.25
3、要因确认：
通过分析，我们找出了5个原因，QC小组逐一对每一个末端因素进行了分析，确认了要因，列表如下：
（见表七）
表七焊缝未填满严重要因确认表
序号
末端因素
末端因素分析
确认方法
负责人
是否要因
1
操作者经验不足
操作者经验不足，对新焊机性能了解不够，操作不熟练。
现场验证
宁伟
是
2
焊接电流过小，焊速过快
调整焊接电流参数，降低机头行走速度。
现场验证
张焰军
是
3
焊接坡口间隙过大
焊接坡口尺寸过大，导致焊缝金属不易填满。
现场验证
王荣军
是
4
送丝速度不均
送丝速度忽快忽慢不均匀，导致焊缝金属熔化量减少。
现场验证
张焰军
是
制表：
宁伟时间：
2006.4.25
4、制定对策：
针对以上4个要因，小组成员确定了相应的对策。
（见表八）
表八要因对策表
序号
要因
对策
目标
措施
地点
负责人
完成
时间
1
操作者经验不足
加强培训
提高操作人员的经验
请有经验的老技师对操作者进行现场培训。
会议室
宁伟
2006
4.30
2
焊接电流过小，焊速过快
进行工艺调整
确保焊接电流及焊速适宜
1、调整焊接电流参数；2、降低机头行走速度；3、试验合格后再进行正式施焊作业。
施工现场
张焰军
2006
4.30
3
焊接坡口间隙过大
加强过程监控
降低焊接坡口间隙
增加对焊接坡口尺寸的控制，严格按工艺要求进行坡口的加工
施工现场
王荣军
2006
4.30
4
送丝速度不均
调整施工工艺
确保送丝速度均匀
调整焊机送丝速度参数，试验合格后再进行正式施焊作业
施工现场
张焰军
2006
4.30
制表：
宁伟时间：
2006.4.30
5、对策实施：
〖实施一〗由宁伟负责请有经验的老技师对操作者进行现场培训，熟悉设备的性能。
〖实施二〗调整焊接电流参数，降低机头行走速度，在备用板材上试验合格后再进行正式施焊作业。
〖实施三〗对加工坡口工序进行监督，增加对焊接坡口尺寸的控制，严格按工艺要求进行坡口的加工。
〖实施四〗调整焊机送丝速度参数，在备用板材上试验合格后再进行正式施焊作业。
6、效果检查：
（1）对策实施后，前述诸多问题均得到了有效解决，再次对100米焊缝进行质检时，一次报检合格率达到了98.5%，终检合格率为100%，焊缝质量全部达到国标一级焊缝要求，超过了预期目标。
（2）小组将本次活动前后的情况进行了对比，做了PDCA循环提高过程图示如下：
（见图六）
制图：
宁伟时间：
2006.6.10
图六PDCA循环示意图
从PDCA循环图中可以明显地看到，在经过两个PDCA循环后，焊缝的一次报检合格率到了98.5％，超过了计划目标，实现了预期目标。
同时，工人队伍得到了锻炼，小组成员自身素质得到了提高，
为保证工程质量奠定了基础。
因此，本次QC小组活动取得了圆满成功。
七、产生的效益
1、经济效益：
通过开展QC小组活动，保证了焊接质量，大加快了焊接速度,又节约了成本，据我们估算，节约电费、人工费、材料费等约30万元左右。
2、社会效益：
焊接质量一直深受业主、设计及监理各方关注，。
通过此次活动的圆满成功，消除了各方的疑虑，为项目部和公司树立了良好的社会形象。
3、技术效益：
通过本次小组活动，使小组成员的理论水平和实践经验都得到了较大的提高，是一笔宝贵财富。
八、巩固措施
1、将此次QC小组活动进行认真的总结，整理成书面内容，发扬优点，找出不足，以便为今后类似工程提供参考。
2、对实施过程中的质量控制在点、检验方法等进行归纳总结，继续做好后续工程的质量控制工作。
九、心得体会和下一步打算
1、通过本次QC小组活动，提高了焊接质量，圆满完成了主拱肋钢管的焊接任务，为下一步的工厂内试拼装奠定了基础。
2、QC小组成员的综合能力得到了全面提高，特别是技术攻关能力的提高是我们的最大收获。
同时我们也切实体会到：
运用科学的方法，集体的智慧，集思广益，理论和实际相结合，难题将不再是难题。
3、此次活动的成功，坚定了我们小组成员参加QC小组活动的信念，今后我们将一如既往地坚持开展QC活动，用这种方法去解决生产中的难题，为我们企业的发展作出自己应有的贡献。
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