提高大口徑螺旋鋼管焊接連接
一次合格率的研究與實(shí)踐
【關(guān)鍵詞】 螺旋鋼管; 焊接連接;
1.工程概況
周鄧公路污水干管完善工程，滬南路至周園路段 5 ～ 6 號(hào)井，采用 336m 拖拉鋼管過咸塘港，螺旋管自動(dòng)埋弧焊接鋼管 DN800，壁厚 14mm，外徑 820mm，12m /節(jié)，共 28 節(jié)。焊縫長度 2512mm / 節(jié)，總長度 67824mm。外壁涂環(huán)氧瀝青加強(qiáng)級(jí)防腐?，F(xiàn)場焊縫采用手工電弧 焊焊接連接，焊縫屬二類焊縫，滿足《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管 道焊接工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》( GB 50683—2011 ) 要求。
螺旋管在鋼管廠家內(nèi)加工成雙邊Ⅴ形坡口角度60°( 見圖 1) 。焊接方法: 現(xiàn)場手工電弧焊，焊絲打底， 焊條填充、蓋面。焊接方式: 平焊、立焊、仰焊( 見圖2) ; 焊接流程: 焊前準(zhǔn)備→焊口預(yù)熱→根焊、熱焊、填充、蓋面→焊后檢驗(yàn)→焊縫返修及復(fù)檢。焊前要求進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)焊縫工藝評(píng)定，焊絲和焊條材質(zhì)要與母材相匹配，確定電壓和電流穩(wěn)定值范圍。
圖1 焊口倒角形式示意圖
圖2 平焊、立焊、仰焊 示意圖
2.選擇課題理由
經(jīng)對(duì)周鄧公路污水干管完善工程 5 ～ 6 號(hào)井拖拉管施工進(jìn)度計(jì)劃、質(zhì)量要求進(jìn)行深度分析，選題理由如下:
a.本工程自動(dòng)埋弧焊接螺旋鋼管 DN800 由廠家內(nèi)制作而成，壁厚 14mm，外徑 820mm; 管材口徑大、焊接接口多: 12m / 節(jié)，共 28 節(jié)，27 個(gè)焊縫接口。
b.螺旋鋼管運(yùn)至現(xiàn)場安裝焊接連接施工，焊接方法有平焊、立焊、仰焊，其中仰焊焊縫質(zhì)量控制難度大。
c.現(xiàn)場焊接作業(yè)環(huán)境較為惡劣: 根據(jù)現(xiàn)場勘查， 滬南路至周園路段處于人口最為集中區(qū)域，道路為兩 車道漸變四車道，道路兩邊為商業(yè)與居民集中地，車流 量較大，征得交警部門的支持后，在周鄧公路中間占用 一車道進(jìn)行鋼管拼裝焊接施工，作業(yè)面有限，分三段進(jìn) 行焊接拼裝。待回拖施工前兩天，將三段鋼管焊接成 一段，回拖施工當(dāng)天交警對(duì)周東路路口進(jìn)行封路，整體 移管至出土點(diǎn)進(jìn)行回拖施工。
d.地下工程拖拉作業(yè)不可預(yù)見因素較多，危險(xiǎn)系
數(shù)較高，拖拉過程中對(duì)焊縫產(chǎn)生軸力影響大。
e.因現(xiàn)場條件限制，本次拖拉管軸線從橋樁中間穿越，且埋地較深; 施工現(xiàn)場周邊為居民小區(qū)集中區(qū)域; 工程范圍內(nèi)地下管線較多; 如未能一次性拖拉成功，拖拉管過程中管道焊縫出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷，將影響工程進(jìn)度，增加施工成本。
3.調(diào)查現(xiàn)狀
為了更好地對(duì)螺旋管鋼管焊接進(jìn)行全過程質(zhì)量控制，QC 小組收集了相關(guān)焊接資料，熟悉了相關(guān)焊接規(guī)范和驗(yàn)收要求，查閱了相關(guān)工程歷史數(shù)據(jù)( 數(shù)據(jù)來源于本工程拖拉管施工專業(yè)分包單位歷史業(yè)績) ，收集了58 個(gè)焊口射線檢測數(shù)據(jù)，共拍片 1450 張，不合格拍片143 張，一次合格率僅為 90% 。結(jié)合檢測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，檢測不合格原因全部為焊接作業(yè)缺陷，包括焊接咬邊、氣孔、夾渣、未熔合、燒穿、焊接裂紋等。
確定在大口徑螺旋鋼管焊接接頭中，焊縫和熱影 響區(qū)是容易產(chǎn)生各種缺陷的地方，而焊接咬邊、氣孔、夾渣、未熔合、燒穿、焊接裂紋等是主要焊接缺陷形式， 也常常是使大口徑螺旋鋼管發(fā)生質(zhì)量事故的起源。焊接質(zhì)量缺陷分類統(tǒng)計(jì)見表 1。
表1 焊接質(zhì)量缺陷分類統(tǒng)計(jì)表
小組通過焊縫質(zhì)量問題因素統(tǒng)計(jì)表以及焊縫質(zhì)量 問題因素排列圖( 見圖 3) 發(fā)現(xiàn)，影響焊縫質(zhì)量的關(guān)鍵因素為“氣孔”和“未熔合”，累計(jì)百分比達(dá)到 79.1% ，是 QC小組需要解決的主要問題。
圖3 焊縫質(zhì)量問題因素排列表
4.設(shè)定目標(biāo)
螺旋鋼管現(xiàn)場焊接連接是整個(gè)拖拉管工程重要實(shí)施部分，每道焊縫焊接質(zhì)量好壞直接影響拖拉施工成功率及后期使用年限，如監(jiān)理在螺旋鋼管焊接質(zhì)量把關(guān)不到位，將會(huì)對(duì)工程總進(jìn)度、安全、成本、使用年限以及排污水效果形成關(guān)鍵影響，根據(jù)本工程螺旋鋼現(xiàn)場焊接特點(diǎn)，小組成員經(jīng)過多次討論，認(rèn)定在公司強(qiáng)大的技術(shù)力量支持下，小組成員通過努力將上述兩個(gè)關(guān)鍵問題解決 80% 以上，是可以達(dá)到的，按此推算，螺旋鋼管焊接連接合格率可提高到: 90% + ( 1 － 90% ) ×79. 1% × 80% = 96. 32%
確定目標(biāo)為: 大口徑螺旋鋼管焊接連接一次合格率提高到 96. 32% ，外觀質(zhì)量達(dá)到Ⅱ級(jí)焊縫要求。
5.原因分析
經(jīng) QC 小組成員召開“諸葛亮?xí)?，采用頭腦風(fēng)暴法，從“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測”等方面對(duì)鋼管焊接過程中可能引起焊接缺陷進(jìn)行了因果分析，小組人員認(rèn)真仔細(xì)整理資料，繪制關(guān)聯(lián)圖( 魚刺圖) ，共整理出末端原因 14 個(gè)( 見圖 4) 。
圖4 焊接問題影響因素關(guān)聯(lián)圖
6.確定主要原因
6.1確定主要原因
按照已制定的要因確認(rèn)計(jì)劃，小組針對(duì) 14 個(gè)末端要因逐一進(jìn)行了驗(yàn)證，最終確定了 5 個(gè)主要要因(見表2) ，并確認(rèn)如果焊接精度達(dá)不到要求，焊接接口出現(xiàn)內(nèi)外質(zhì)量缺陷，致使拖拉過程焊接接口出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重的 會(huì)直接斷裂，影響整個(gè)工程進(jìn)度、施工成本、使用壽命，及后期排污水效果。
表2 原因確認(rèn)對(duì)策
7. 制定對(duì)策
小組成員針對(duì) 5 個(gè)要因，經(jīng)過認(rèn)真分析，從實(shí)際出發(fā)，制定出具體可行的對(duì)策措施，見表 3
表3 要因?qū)Σ?/span>
8.對(duì)策實(shí)施
8.1 對(duì)策實(shí)施一: 加強(qiáng)責(zé)任教育，崗前培訓(xùn)，及技術(shù)交底
a.督促施工單位落實(shí)崗位責(zé)任制度，制定并落實(shí)培訓(xùn)計(jì)劃和崗前培訓(xùn)及進(jìn)行技術(shù)交底，主要針對(duì)焊接質(zhì)量控制和管道連接施工工藝進(jìn)行詳細(xì)講解，使每一名施工人員都掌握施工要點(diǎn)和技術(shù)要求，并做到責(zé)任分明，落實(shí)到位。
b.參加施工項(xiàng)目部技術(shù)部門組織的焊接質(zhì)量重點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)集中培訓(xùn)考核，落實(shí)責(zé)任制。
c.參加現(xiàn)場安全質(zhì)量技術(shù)再次交底，根據(jù)工程特點(diǎn)及現(xiàn)場施工情況，再次強(qiáng)調(diào)施工安全、焊接質(zhì)量要求。
d.對(duì)策實(shí)施一效果驗(yàn)證: 小組成員分別對(duì)現(xiàn)場作業(yè)焊工進(jìn)行階段性考核，所有在場人員崗前培訓(xùn)覆蓋率達(dá)到 100% ，考核成績達(dá)標(biāo)率 100% 。
按照建設(shè)單位的要求，焊縫正式焊接前對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊縫進(jìn)行工藝性評(píng)定，小組成員見證鋼結(jié)構(gòu)焊接及跟蹤送檢。據(jù)報(bào)告顯示抗拉強(qiáng)度及彎曲試驗(yàn)均合格，符合要求。
8.2 對(duì)策實(shí)施二: 落實(shí)專人負(fù)責(zé)焊接過程電流電壓控制根據(jù)本工程螺旋鋼管板厚及坡口角度寬度、焊縫厚度、焊材特性要求及焊工現(xiàn)場調(diào)試確定焊縫焊接過程中電流控制在 I = 180 ～ 210A，電壓控制在 U = 22 ～ 24V。根據(jù)焊接方式適當(dāng)對(duì)電流和電壓進(jìn)行調(diào)整， 落實(shí)專人對(duì)焊接過程中的電壓、電流進(jìn)行把控，確保不 因電流和電壓的失誤造成焊縫質(zhì)量缺陷。
b.對(duì)策實(shí)施二效果驗(yàn)證: 小組成員對(duì)焊縫焊接過程的電壓、電流進(jìn)行了巡視檢查，均按照設(shè)定的電壓、電流控制，并記錄電流、電壓巡視檢查記錄。
8.3 實(shí)施三: 使用管道外對(duì)口器配合傳統(tǒng)對(duì)口措施
a.為了保證焊口對(duì)接質(zhì)量，小組人員要求施工單位按照管徑要求定制兩套對(duì)口固定裝置，保證了焊口錯(cuò)口偏差( 見圖 5) 。
圖5 對(duì)口矯正器示意圖
b.小組成員針對(duì)如何正確應(yīng)用管道外對(duì)口器與現(xiàn)行吊裝就位相結(jié)合施工工藝與施工流程對(duì)所有作業(yè)人員進(jìn)行了技術(shù)交底。并對(duì)管口對(duì)接現(xiàn)場監(jiān)督管理。
c.對(duì)策實(shí)施三效果驗(yàn)證: 小組成員實(shí)測實(shí)量了使用對(duì)口器完成的管道對(duì)接焊口錯(cuò)邊量，27 道螺旋管焊口，錯(cuò)口偏差均不大于 2mm，錯(cuò)口偏差合格率 100% 。
8.4 實(shí)施四: 專人負(fù)責(zé)焊口清理、打磨
a.針對(duì)施工過程中的“四焊五清”( 根焊前清理， 熱焊前清理，填充焊前清理，蓋面焊前、后清理) ，小組成員要求施工單位派專人負(fù)責(zé)焊口清理及焊口打磨工作， 并配備專業(yè)焊口清理及打磨工具。每道工序必須經(jīng)現(xiàn) 場監(jiān)理工程師檢查合格后才能進(jìn)行下層焊接施工。
b.對(duì)策實(shí)施四效果驗(yàn)證: 小組成員對(duì) 27 個(gè)焊接口清理及打磨工作進(jìn)行了旁站監(jiān)督檢查，檢查焊前坡 口和坡口兩側(cè)是否按照要求進(jìn)行了清理以及焊口打磨 情況。經(jīng)查焊口已去除氧化膜并打磨出金屬光澤，焊 接區(qū)域無氧化膜，打磨紋路與焊縫方向平行且均勻。焊縫接口清理及打磨覆蓋率達(dá)到 100% 。焊口兩側(cè)打磨跨度在允許偏差 + 1mm 范圍內(nèi)，焊口平整度均在允許偏差 2. 5mm 內(nèi)，不存在雜質(zhì)，焊接前干凈。
8.5 實(shí)施五: 專人負(fù)責(zé)坡口角度和間隙檢查控制
a.小組成員要求施工單位派專人負(fù)責(zé)原材進(jìn)場檢查，特別是對(duì)坡口角度量測和焊縫對(duì)接留置的間隙進(jìn)行控制。
b.對(duì)策實(shí)施五效果驗(yàn)證: 小組成員對(duì)進(jìn)場螺旋鋼管 27 個(gè)雙邊Ⅴ形坡口進(jìn)行檢查，坡口角度均為 60°，有個(gè)別坡口局部不平整，坡口進(jìn)度小于設(shè)計(jì)值，經(jīng)過打磨后均符合設(shè)計(jì)要求。對(duì)現(xiàn)場 27 個(gè)坡口留置的間隙進(jìn)行檢查，均控制在 2mm 內(nèi)，符合要求。
9.效果檢查
9.1 實(shí)施效果 1
a.通過 QC 小組全體成員的共同努力，焊接外觀質(zhì)量滿足《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》( GB 50683—2011 ) 的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和允許誤差要求。27 個(gè)焊口在第三方檢測單位鋼結(jié)構(gòu)無損檢測過程中未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，此檢測項(xiàng)檢測結(jié)果合格，評(píng)定等級(jí)為Ⅰ級(jí)。
b.通過小組活動(dòng)，本工程螺旋鋼管焊接連接一次，合格率已達(dá)100%，高于活動(dòng)前制定的目 標(biāo)值96. 32% ，達(dá)到了 QC 小組活動(dòng)的目標(biāo)。
9.2 實(shí)施效果 2
a.通過開展 QC 小組活動(dòng)，提高了質(zhì)量監(jiān)督管理水平，不僅達(dá)到并超過了業(yè)主要求的合格率標(biāo)準(zhǔn)，而且大大降低了施工單位在鋼管焊接工序上發(fā)生質(zhì)量問題的概率，同時(shí)避免了不必要的成本支出與工期延誤。
b.本次 QC 小組活動(dòng)完善了工程項(xiàng)目質(zhì)量管理體系，在鋼管焊接質(zhì)量通病防治上取得了顯著的效果。
10.總 結(jié)
通過開展本次 QC 活動(dòng)，小組成員在質(zhì)量意識(shí)、團(tuán)隊(duì)精神、個(gè)人能力、工作熱情及進(jìn)取精神、QC 知識(shí)和技術(shù)熟練度等方面都有了不同程度的提高。從螺旋鋼管焊接實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并及時(shí)解決問題，活動(dòng)前后綜合素質(zhì)得到全面提升。