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 號井，采用 336m 拖拉鋼管過(guò)咸塘港，螺旋管自動(dòng)埋弧焊接鋼管 DN800，壁厚 14mm，外徑 820mm，12m /節，共 28 節。焊縫長(cháng)度 2512mm / 節，總長(cháng)度 67824mm。外壁涂環(huán)氧瀝青加強級防腐?，F場(chǎng)焊縫采用手工電弧 焊焊接連接，焊縫屬二類(lèi)焊縫，滿(mǎn)足《現場(chǎng)設備、工業(yè)管 道焊接工程施工質(zhì)量驗收規范》( GB 50683—2011 ) 要求。
螺旋管在鋼管廠(chǎng)家內加工成雙邊Ⅴ形坡口角度60°( 見(jiàn)圖 1) 。焊接方法: 現場(chǎng)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(jiàn)圖2) ; 焊接流程: 焊前準備→焊口預熱→根焊、熱焊、填充、蓋面→焊后檢驗→焊縫返修及復檢。焊前要求進(jìn)行鋼結構焊縫工藝評定，焊絲和焊條材質(zhì)要與母材相匹配，確定電壓和電流穩定值范圍。
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)對周鄧公路污水干管完善工程 5 ～ 6 號井拖拉管施工進(jìn)度計劃、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(chǎng)家內制作而成，壁厚 14mm，外徑 820mm; 管材口徑大、焊接接口多: 12m / 節，共 28 節，27 個(gè)焊縫接口。
b.螺旋鋼管運至現場(chǎng)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.現場(chǎng)焊接作業(yè)環(huán)境較為惡劣: 根據現場(chǎng)勘查， 滬南路至周園路段處于人口最為集中區域，道路為兩 車(chē)道漸變四車(chē)道，道路兩邊為商業(yè)與居民集中地，車(chē)流 量較大，征得交警部門(mén)的支持后，在周鄧公路中間占用 一車(chē)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，回拖施工當天交警對周東路路口進(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)不可預見(jiàn)因素較多，危險系
數較高，拖拉過(guò)程中對焊縫產(chǎn)生軸力影響大。
e.因現場(chǎng)條件限制，本次拖拉管軸線(xiàn)從橋樁中間穿越，且埋地較深; 施工現場(chǎng)周邊為居民小區集中區域; 工程范圍內地下管線(xiàn)較多; 如未能一次性拖拉成功，拖拉管過(guò)程中管道焊縫出現嚴重缺陷，將影響工程進(jìn)度，增加施工成本。
3.調查現狀
為了更好地對螺旋管鋼管焊接進(jìn)行全過(guò)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)焊接規范和驗收要求，查閱了相關(guān)工程歷史數據( 數據來(lái)源于本工程拖拉管施工專(zhuān)業(yè)分包單位歷史業(yè)績(jì)) ，收集了58 個(gè)焊口射線(xiàn)檢測數據，共拍片 1450 張，不合格拍片143 張，一次合格率僅為 90% 。結合檢測數據和現場(chǎng)調查發(fā)現，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(lèi)統計見(jiàn)表 1。
表1 焊接質(zhì)量缺陷分類(lèi)統計表
小組通過(guò)焊縫質(zhì)量問(wèn)題因素統計表以及焊縫質(zhì)量 問(wèn)題因素排列圖( 見(jiàn)圖 3) 發(fā)現，影響焊縫質(zhì)量的關(guān)鍵因素為“氣孔”和“未熔合”，累計百分比達到 79.1% ，是 QC小組需要解決的主要問(wèn)題。
圖3 焊縫質(zhì)量問(wèn)題因素排列表
4.設定目標
螺旋鋼管現場(chǎng)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，如監理在螺旋鋼管焊接質(zhì)量把關(guān)不到位，將會(huì )對工程總進(jìn)度、安全、成本、使用年限以及排污水效果形成關(guān)鍵影響，根據本工程螺旋鋼現場(chǎng)焊接特點(diǎn)，小組成員經(jīng)過(guò)多次討論，認定在公司強大的技術(shù)力量支持下，小組成員通過(guò)努力將上述兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題解決 80% 以上，是可以達到的，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%
確定目標為: 大口徑螺旋鋼管焊接連接一次合格率提高到 96. 32% ，外觀(guān)質(zhì)量達到Ⅱ級焊縫要求。
5.原因分析
經(jīng) QC 小組成員召開(kāi)“諸葛亮會(huì )”，采用頭腦風(fēng)暴法，從“人、機、料、法、環(huán)、測”等方面對鋼管焊接過(guò)程中可能引起焊接缺陷進(jìn)行了因果分析，小組人員認真仔細整理資料，繪制關(guān)聯(lián)圖( 魚(yú)刺圖) ，共整理出末端原因 14 個(gè)( 見(jiàn)圖 4) 。
圖4 焊接問(wèn)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計劃，小組針對 14 個(gè)末端要因逐一進(jìn)行了驗證，最終確定了 5 個(gè)主要要因(見(jiàn)表2) ，并確認如果焊接精度達不到要求，焊接接口出現內外質(zhì)量缺陷，致使拖拉過(guò)程焊接接口出現裂縫，嚴重的 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 原因確認對策
7. 制定對策
小組成員針對 5 個(gè)要因，經(jīng)過(guò)認真分析，從實(shí)際出發(fā)，制定出具體可行的對策措施，見(jiàn)表 3
表3 要因對策
8.對策實(shí)施
8.1 對策實(shí)施一: 加強責任教育，崗前培訓，及技術(shù)交底
a.督促施工單位落實(shí)崗位責任制度，制定并落實(shí)培訓計劃和崗前培訓及進(jìn)行技術(shù)交底，主要針對焊接質(zhì)量控制和管道連接施工工藝進(jìn)行詳細講解，使每一名施工人員都掌握施工要點(diǎn)和技術(shù)要求，并做到責任分明，落實(shí)到位。
b.參加施工項目部技術(shù)部門(mén)組織的焊接質(zhì)量重點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)集中培訓考核，落實(shí)責任制。
c.參加現場(chǎng)安全質(zhì)量技術(shù)再次交底，根據工程特點(diǎn)及現場(chǎng)施工情況，再次強調施工安全、焊接質(zhì)量要求。
d.對策實(shí)施一效果驗證: 小組成員分別對現場(chǎng)作業(yè)焊工進(jìn)行階段性考核，所有在場(chǎng)人員崗前培訓覆蓋率達到 100% ，考核成績(jì)達標率 100% 。
按照建設單位的要求，焊縫正式焊接前對鋼結構焊縫進(jìn)行工藝性評定，小組成員見(jiàn)證鋼結構焊接及跟蹤送檢。據報告顯示抗拉強度及彎曲試驗均合格，符合要求。
8.2 對策實(shí)施二: 落實(shí)專(zhuān)人負責焊接過(guò)程電流電壓控制根據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場(chǎng)調試確定焊縫焊接過(guò)程中電流控制在 I = 180 ～ 210A，電壓控制在 U = 22 ～ 24V。根據焊接方式適當對電流和電壓進(jìn)行調整， 落實(shí)專(zhuān)人對焊接過(guò)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.對策實(shí)施二效果驗證: 小組成員對焊縫焊接過(guò)程的電壓、電流進(jìn)行了巡視檢查，均按照設定的電壓、電流控制，并記錄電流、電壓巡視檢查記錄。
8.3 實(shí)施三: 使用管道外對口器配合傳統對口措施
a.為了保證焊口對接質(zhì)量，小組人員要求施工單位按照管徑要求定制兩套對口固定裝置，保證了焊口錯口偏差( 見(jiàn)圖 5) 。
圖5 對口矯正器示意圖
b.小組成員針對如何正確應用管道外對口器與現行吊裝就位相結合施工工藝與施工流程對所有作業(yè)人員進(jìn)行了技術(shù)交底。并對管口對接現場(chǎng)監督管理。
c.對策實(shí)施三效果驗證: 小組成員實(shí)測實(shí)量了使用對口器完成的管道對接焊口錯邊量，27 道螺旋管焊口，錯口偏差均不大于 2mm，錯口偏差合格率 100% 。
8.4 實(shí)施四: 專(zhuān)人負責焊口清理、打磨
a.針對施工過(guò)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(zhuān)人負責焊口清理及焊口打磨工作， 并配備專(zhuān)業(yè)焊口清理及打磨工具。每道工序必須經(jīng)現 場(chǎng)監理工程師檢查合格后才能進(jìn)行下層焊接施工。
b.對策實(shí)施四效果驗證: 小組成員對 27 個(gè)焊接口清理及打磨工作進(jìn)行了旁站監督檢查，檢查焊前坡 口和坡口兩側是否按照要求進(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 接區域無(wú)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到 100% 。焊口兩側打磨跨度在允許偏差 + 1mm 范圍內，焊口平整度均在允許偏差 2. 5mm 內，不存在雜質(zhì)，焊接前干凈。
8.5 實(shí)施五: 專(zhuān)人負責坡口角度和間隙檢查控制
a.小組成員要求施工單位派專(zhuān)人負責原材進(jìn)場(chǎng)檢查，特別是對坡口角度量測和焊縫對接留置的間隙進(jìn)行控制。
b.對策實(shí)施五效果驗證: 小組成員對進(jìn)場(chǎng)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)度小于設計值，經(jīng)過(guò)打磨后均符合設計要求。對現場(chǎng) 27 個(gè)坡口留置的間隙進(jìn)行檢查，均控制在 2mm 內，符合要求。
9.效果檢查
9.1 實(shí)施效果 1
a.通過(guò) QC 小組全體成員的共同努力，焊接外觀(guān)質(zhì)量滿(mǎn)足《現場(chǎng)設備、工業(yè)管道焊接工程施工質(zhì)量驗收規范》( GB 50683—2011 ) 的質(zhì)量標準和允許誤差要求。27 個(gè)焊口在第三方檢測單位鋼結構無(wú)損檢測過(guò)程中未發(fā)現超標缺陷，此檢測項檢測結果合格，評定等級為Ⅰ級。
b.通過(guò)小組活動(dòng)，本工程螺旋鋼管焊接連接一次，合格率已達100%，高于活動(dòng)前制定的目 標值96. 32% ，達到了 QC 小組活動(dòng)的目標。
9.2 實(shí)施效果 2
a.通過(guò)開(kāi)展 QC 小組活動(dòng)，提高了質(zhì)量監督管理水平，不僅達到并超過(guò)了業(yè)主要求的合格率標準，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(wèn)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(zhù)的效果。
10.總 結
通過(guò)開(kāi)展本次 QC 活動(dòng)，小組成員在質(zhì)量意識、團隊精神、個(gè)人能力、工作熱情及進(jìn)取精神、QC 知識和技術(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)現問(wèn)題、分析問(wèn)題并及時(shí)解決問(wèn)題，活動(dòng)前后綜合素質(zhì)得到全面提升。