提高大口徑螺旋鋼管焊接連接
一次合格率的研究與實踐
【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 拖拉鋼管過咸塘港，螺旋管自動埋弧焊接鋼管 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)氧瀝青加強級防腐。現(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: 焊前準備→焊口預(yù)熱→根焊、熱焊、填充、蓋面→焊后檢驗→焊縫返修及復檢。焊前要求進行鋼結(jié)構(gòu)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(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)對周鄧公路污水干管完善工程 5 ～ 6 號井拖拉管施工進度計劃、質(zhì)量要求進行深度分析，選題理由如下:
a.本工程自動埋弧焊接螺旋鋼管 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 個焊縫接口。
b.螺旋鋼管運至現(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 一車道進行鋼管拼裝焊接施工，作業(yè)面有限，分三段進 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行封路，整體 移管至出土點進行回拖施工。
d.地下工程拖拉作業(yè)不可預(yù)見因素較多，危險系
數(shù)較高，拖拉過程中對焊縫產(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)嚴重缺陷，將影響工程進度，增加施工成本。
3.調(diào)查現(xiàn)狀
為了更好地對螺旋管鋼管焊接進行全過程質(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)計見表 1。
表1 焊接質(zhì)量缺陷分類統(tǒng)計表
小組通過焊縫質(zhì)量問題因素統(tǒng)計表以及焊縫質(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”，累計百分比達到 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
螺旋鋼管現(xiàn)場焊接連接是整個拖拉管工程重要實施部分，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，將會對工程總進度、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，小組成員經(jīng)過多次討論，認定在公司強大的技術(shù)力量支持下，小組成員通過努力將上述兩個關(guān)鍵問題解決 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“諸葛亮會”，采用頭腦風暴法，從“人、機、料、法、環(huán)、測”等方面對鋼管焊接過程中可能引起焊接缺陷進行了因果分析，小組人員認真仔細整理資料，繪制關(guān)聯(lián)圖( 魚刺圖) ，共整理出末端原因 14 個( 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計劃，小組針對 14 個末端要因逐一進行了驗證，最終確定了 5 個主要要因(見表2) ，并確認如果焊接精度達不到要求，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，嚴重的 會直接斷裂，影響整個工程進度、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 個要因，經(jīng)過認真分析，從實際出發(fā)，制定出具體可行的對策措施，見表 3
表3 要因?qū)Σ?/span>
8.對策實施
8.1 對策實施一: 加強責任教育，崗前培訓，及技術(shù)交底
a.督促施工單位落實崗位責任制度，制定并落實培訓計劃和崗前培訓及進行技術(shù)交底，主要針對焊接質(zhì)量控制和管道連接施工工藝進行詳細講解，使每一名施工人員都掌握施工要點和技術(shù)要求，并做到責任分明，落實到位。
b.參加施工項目部技術(shù)部門組織的焊接質(zhì)量重點、關(guān)鍵點集中培訓考核，落實責任制。
c.參加現(xiàn)場安全質(zhì)量技術(shù)再次交底，根據(jù)工程特點及現(xiàn)場施工情況，再次強調(diào)施工安全、焊接質(zhì)量要求。
d.對策實施一效果驗證: 小組成員分別對現(xiàn)場作業(yè)焊工進行階段性考核，所有在場人員崗前培訓覆蓋率達到 100% ，考核成績達標率 100% 。
按照建設(shè)單位的要求，焊縫正式焊接前對鋼結(jié)構(gòu)焊縫進行工藝性評定，小組成員見證鋼結(jié)構(gòu)焊接及跟蹤送檢。據(jù)報告顯示抗拉強度及彎曲試驗均合格，符合要求。
8.2 對策實施二: 落實專人負責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)焊接方式適當對電流和電壓進行調(diào)整， 落實專人對焊接過程中的電壓、電流進行把控，確保不 因電流和電壓的失誤造成焊縫質(zhì)量缺陷。
b.對策實施二效果驗證: 小組成員對焊縫焊接過程的電壓、電流進行了巡視檢查，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 實施三: 使用管道外對口器配合傳統(tǒng)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( 見圖 5) 。
圖5 對口矯正器示意圖
b.小組成員針對如何正確應(yīng)用管道外對口器與現(xiàn)行吊裝就位相結(jié)合施工工藝與施工流程對所有作業(yè)人員進行了技術(shù)交底。并對管口對接現(xiàn)場監(jiān)督管理。
c.對策實施三效果驗證: 小組成員實測實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 實施四: 專人負責焊口清理、打磨
a.針對施工過程中的“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責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行下層焊接施工。
b.對策實施四效果驗證: 小組成員對 27 個焊接口清理及打磨工作進行了旁站監(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 實施五: 專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人負責原材進場檢查，特別是對坡口角度量測和焊縫對接留置的間隙進行控制。
b.對策實施五效果驗證: 小組成員對進場螺旋鋼管 27 個雙邊Ⅴ形坡口進行檢查，坡口角度均為 60°，有個別坡口局部不平整，坡口進度小于設(shè)計值，經(jīng)過打磨后均符合設(shè)計要求。對現(xiàn)場 27 個坡口留置的間隙進行檢查，均控制在 2mm 內(nèi)，符合要求。
9.效果檢查
9.1 實施效果 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)量驗收規(guī)范》( GB 50683—2011 ) 的質(zhì)量標準和允許誤差要求。27 個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)超標缺陷，此檢測項檢測結(jié)果合格，評定等級為Ⅰ級。
b.通過小組活動，本工程螺旋鋼管焊接連接一次，合格率已達100%，高于活動前制定的目 標值96. 32% ，達到了 QC 小組活動的目標。
9.2 實施效果 2
a.通過開展 QC 小組活動，提高了質(zhì)量監(jiān)督管理水平，不僅達到并超過了業(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)量問題的概率，同時避免了不必要的成本支出與工期延誤。
b.本次 QC 小組活動完善了工程項目質(zhì)量管理體系，在鋼管焊接質(zhì)量通病防治上取得了顯著的效果。
10.總 結(jié)
通過開展本次 QC 活動，小組成員在質(zhì)量意識、團隊精神、個人能力、工作熱情及進取精神、QC 知識和技術(shù)熟練度等方面都有了不同程度的提高。從螺旋鋼管焊接實踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并及時解決問題，活動前后綜合素質(zhì)得到全面提升。