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

(上海宏波工程咨詢管理有限公司，上海 201707)

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(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(jié)，共28節(jié)。焊縫長(zhǎng)度2512mm/節(jié)，總長(zhǎng)度67824mm。外壁涂環(huán)氧瀝青加強(qiáng)級(jí)防腐?，F(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(jiàn)圖1)。焊接方法：現(xiàn)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(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(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(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)環(huán)境較為惡劣：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(jiàn)因素較多，危險(xiǎn)系數(shù)較高，拖拉過(guò)程中對(duì)焊縫產(chǎn)生軸力影響大。

e.因現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(guò)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 現(xiàn)狀調(diào)查

為了更好地對(duì)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(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(lái)源于本工程拖拉管施工專業(yè)分包單位歷史業(yè)績(jī))，收集了58個(gè)焊口射線檢測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，檢測(cè)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(jiàn)表1。

小組通過(guò)焊縫質(zhì)量問(wèn)題因素統(tǒng)計(jì)表以及焊縫質(zhì)量問(wèn)題因素排列圖(見(jiàn)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(wèn)題。

圖3 焊縫質(zhì)量問(wèn)題因素排列圖

4 設(shè)定目標(biāo)

螺旋鋼管現(xiàn)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(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(chǎng)焊接特點(diǎn)，小組成員經(jīng)過(guò)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(guò)努力將上述兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)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(kāi)“諸葛亮?xí)?，采用頭腦風(fēng)暴法，從“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)”等方面對(duì)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(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(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(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(jiàn)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(guò)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(guò)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(jiàn)表3。

表3 要因?qū)Σ?/p>

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(chǎng)安全質(zhì)量技術(shù)再次交底，根據(jù)工程特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)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(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(xùn)覆蓋率達(dá)到100%，考核成績(jī)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(jiàn)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(guò)程電流電壓控制

a.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(chǎng)調(diào)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(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(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(duì)策實(shí)施二效果驗(yàn)證:小組成員對(duì)焊縫焊接過(guò)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(jiàn)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(chǎng)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(cè)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(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(chǎng)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(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(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(chǎng)檢查，特別是對(duì)坡口角度量測(cè)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(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(shè)計(jì)值，經(jīng)過(guò)打磨后均符合設(shè)計(jì)要求。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(guò)QC小組全體成員的共同努力，焊接外觀質(zhì)量滿足《現(xiàn)場(chǎng)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(cè)單位鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，此檢測(cè)項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果合格，評(píng)定等級(jí)為Ⅰ級(jí)。

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(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(guò)開(kāi)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(guò)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(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(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(guò)開(kāi)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(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。